北理工微波 微波混频器倍频器

北理工微波 微波混频器倍频器 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 北理工微波 微波混频器倍频器 1 ??微波混频器 ?频率变换器件上变频器下变频器上变频器、下变频器?非线性器件 z二极管混频器阻性混频器容性混频器 性能稳定动态范围大结构简单无电源成本低??微波二极管 ??振荡体效应管(甘氏管，)雪崩管??控制PIN管 ??调频变容管噪声小，变频损??倍频变容管，阶越恢复管耗小结构外形耗小，结构外形??放大变容管，体效应管合理??检波反向管，低势垒管 ??整流平面管，闸流管平面管闸流管 ??控温致冷PN结 z三极管混频器 有混频增益可实现自振荡混频 ??工作原理 i=a0,a1v,a2v,a3v,...,aNv23nvR(t)=VRsinωRtvL(t)=VLsinωLt i=a0,a1(VRsinωRt,VLsinωLt),a2(VRsinωRt,VLsinωLt),a 3(VRsinωRt,VLsinωLt),...,aN(VRsinωRt,VLsinωLt) 二阶项包含最主要的混频产物3n2 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 12?12?a2?VR[1?cos(2(ωRt)+,VRVL*cos((ωR?ωL)t,cos((ωR,ωL)t+,VL*1?co s(2(ωLt)+?2?2? 其它混合分量ωM,N=MωL?NωR ωS?ωL 2ωL?ωSωLS2ωS?ωL3ωL?ωS2ωLωL,ωS3ωL2ωL,ωSf 中频 ωif=ωS?ωL信号的镜频ωi=2ωL?ωS如果信号源端设计成电抗终端，镜频和本振再混频，产生中频，叫镜频能量回收 本振次谐波以上本振二次谐波以上各分量很小，可以忽略不计if 阻性混频二极管电特性 ?12?10Ls n,工艺理想因子1~1.5(1.1)K,波尔兹曼常数1.38×10?23J/K ?19e,电子电荷1.602×10C电子电荷 VB,击穿电压击穿电压IS,反向饱和电流，10~10?9mA(10)C pRjseα=nKT25~40(30)I IS IS VBα2~4V1fC=2πRSCj(0)微分电导截止频率V I?V 非线性电阻混频原理 vL(t)=VLcosωLtvS(t)=VScosωSti=f(v)= f*(Vd,VLcosωLt),VScosωSt+i —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ Vdigg V VLcosωLtt tVt t 在工作点(Vd+VLcosωLt)上展开成台劳级数 i=f(Vd,VLcosωLt),f(Vd,VLcosωLt)VScosωSt' 式中1''+f(Vd+++VLcosωLt)VS2cos2ωSt++L2?*f(Vd+VLcosωLt)=IS[exp[α(Vd+VLcosωLt)?1]=I0+2?IncosnωLtn=1 1In= 2π 2π?0f(Vd+VLcosωLt)cosnωLtd(ωLt)电导?12πgn=?0g(t)cosnωLtd(ωLt)g(t)=g0+2?gncosnωLt2πn=1 *f''2(Vd+VLcosωL)VScosωSt2高次谐波 ??式中的交流小信号分量 f(Vd,VLcosωLt)VScosωSt =(g0+2g1cosωLt+2g2cos2ωLt+L)VScosωSt=g0VScosωSt+n=1'??gnVScos(ω S?nωL)t ωS?ωL 2ωL?ωSωLS2ωS?ωL3ωL?ωS2ωLωL+ωS3ωL2ωL+ωSfωif=ωS?ωL中频信号的镜频ωi=2ωL?ωS —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 如果信号源端设计成电抗终端，镜频和本振再混频，产生中频，叫镜频能量回收 本振二次谐波以上各分量很小，可以忽略不计 ??混频器的主要技术指标 ?变频损耗Lc或变频增益Gc表征混频器频率变换能力的 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 ,定义为射频(RF)信号资用功率PRF与交付给中频负载的中频信号资用功率PIF之比(或相反)PRFPIFLC=10lgGC=10lgPIFPRF 电路失配损耗混频二极管芯的结损耗非线性电导净变频损耗电路失配损耗、混频二极管芯的结损耗、非线性电导净变频损耗?噪声系数NF=NoutGNin ?单通道混频器 ?双通道混频器——单边带噪声系数——双边带噪声系数双边带噪声系数 单通道混频器 通频带很窄只有信号频率能进入镜频及其它频率都不能进入通频带很窄，只有信号频率能进入，镜频及其它频率都不能进入。 包括:镜频开路/短路，加有窄带滤波器 ?信源噪声KT0BLm1 Lm1-变频损耗(单通道混频器)? ?混频管噪声Pnd包括混频器 2?散弹噪声in=2eIB Z0?热噪声u=4KTBRS —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ KT 0B+Pnd?总输出噪声Pno=Lm12n等效为Pno=KTm1BZ0 T m1 ??双通道混频器信号通道和镜频通道的噪声都能混成中频f L fi LfSfS Lm2变频损耗(双通道混频器) m22 1?.?单边带信号工作状态 输出噪声*?信带信带*?混频管总输出噪声功率FSSBKT0BLm2——Single Side Band*?镜带镜带Lm2KT0BLm2Pnd2变频损耗(双通道混频器) 单边带信号情况的噪声系数 FSSB2KT0BPn2=+Pnd2Lm2Pn2KTm2B===Lm2tm200Lm2Lm2 Tm2=T0双通道混频器的等效噪声温度比tm 2 2?.?双边带信号工作状态输出噪声(同前)Pn2——Double Side Band2KT0B=+Pnd2=KTm2BLm2双边带信号情况的噪声系数 FDSBFDSB小结: ?FDSB —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ?FSSB?Fm1Pn21==Lm2tm22KT0B2Lm2双通道混频器、双边带信号，噪声最小双通道混频器、单边带信号，噪声最大(2倍)单通道混频器噪声略小于FSSB 单通道混频器， ?混频器的交调?动态范围与线性度?镜频回收?隔离度 ? RF/IF匹配等 单端混频器f>10fCR?混频管----- ?匹配-----fR,fL ?混合隔离电路-----充分利用信号，防止反发射充分利用信号防止反发射?中频滤波-----滤除?直流与中频通路f R,fL 镜频与和频增强型微带单端混频器 ??单端混频器的优缺点 ?结构简单，设计方便，电路紧凑;结构简单设计方便电路紧凑 ?需要专用的滤波器以防止本振功率从RF端泄漏出去。 ?如果应用定向滤波器引入本振信号，则噪声系数和变频损耗如果应用定向滤波器引入本振信号则噪声系数和变频损耗这两个指标将恶化。 ?如果AM噪声与本振信号组合的带宽超过RF带宽，混频器的 如果AM噪声与本振信号组合的带宽超过RF带宽混频器的噪声系数将再次恶化。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ??单平衡混频器 ?将两个单端混频器用180?或90?分支线定向耦合器组合起来就 成了平衡混频器。 ?单平衡电路能抑制输入信号的偶次谐波(通常是指本振的)，单平衡电路能抑制输入信号的偶次谐波(通常是指本振的)抑制的程度取决于电路的平衡性; ?提供LO与RF端的互相隔离; ?任何AM噪声和(或)寄生信号从本振端口进入，将在两个二极管上呈现180?的相移极管上呈现180的相移，因此对输出的中频噪声的贡献互相因此对输出的中频噪声的贡献互相抵消。 180?单平衡混频器90?单平衡混频器 基本原理信号vS1(t)=VScos(ωSt?) 本振vL1(t)=VLcos(ωLt?π) πvS2(t)=VScosωSt2πfR12λ43匹配4D1fifD2 电导fLvL2=VLcos(ωLt+)2?g1(t)=g0+2?gncosn(ωLt?π) g2(t)=g0+2?gncosn(ωLt+)n=12n=1?π *(ωSt?)?(ωLt?π)+=g1VScos((ωift+)中频iif1(t)=g1VScos[(22ππiif2(t)=g1VScos[[ωSt?(ωLt+)]=g1VScos((ωift?)22ππ 输出 混频器噪声 ??本振携带的信频噪声分成2路 加在两只混频管上 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ??两管产生的中频噪声vn1(t)=Vncos[([(ωL+ωif)t?π]πvn 2(t)=Vncos[(ωL+ωif)t+]2in1(t)=g1Vncos{[(ωL+ωif)t?π]?(ωLt?π)}=g1Vncosωift??输出的中频噪声in2(t)=g1Vncos{[(ωL+ωif)t+]?(ωLt+=g 1Vncosωift22ππ in(t)=in1(t)?in2(t)=0 ??本振携带的镜频噪声----同样情况 in(t)=ini1(t)?ini2(t)=0 混频器的组合频率两管输出端电流i(t)=gVcos[m(ωt?π)?n(ωt?π)]1nSSL2πi2(t)=gnVScos[[m(ωSt?n(ωLt+)]2表示成傅立叶级数???mπi1(t)=??Inmexp[j(?nπ)]?exp[j(mωS+nωL)t]n=??m=??2 ??nπi2(t)=??Inmexp[j]?exp[j(mωS+nωL)t]n=??m=??2总i1(t)?i2(t)电???jmπ?jnπ)?exp()]=??Inmexp[j(mωS+nωL)t]exp[?jn π][exp(?m=???流n=??22 平衡混频的优点m=n?各项不存在 ?相差2π的各项不存在(例m=1???n=3??…..) ??双平衡混频器 ?针对单平衡混频器容易出现的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 :LO与RF端的隔离常常不针对单平衡混频器容易出现的问题LO与RF端的隔离常常不足;要求大的LO功率;对LO的AM噪声敏感;带宽窄。? 发展双平衡混频器 微波倍频器简介 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ??主要用途 ?高频高稳定振荡源的主要组成部分;高频高稳定振荡源的主要组成部分 ?扩展设备的工作频段。 ??主要形式 ?二极管型倍频器(变容管)设计简单、成本低，但效率低?三极管型倍频器 设计复杂，效率高??主要技术指标 ?工作频率 ?效率、谐波抑制、输入输出驻波、工作电压/电流等 ——————————————————————————————————————