4 微波电子线路

4、微波混频器的主要指标 ②二极管寄生参数Rs,Cj所引起的管内损耗L2. ③输入、输出端不匹配所引起的失配损耗L3. ④电路连线产生的热损耗L4. 一般混频器中，L4<0.2db，我们重点讨论前三项: 净变频损耗L1 混频器中寄生频率虽然很多、在设计良好混频器中 绝大部分寄生频率可被有效短路,惟独镜像频率和信号不 易分开,一般不容易被轻易滤掉.由三端口等效电路可知, 镜频端口的端接情况直接影响信号功率能否有效地转移到 中频上.所以净变频损耗对镜频阻抗依赖很大.我们首先研 究在一般情况下,净变频损耗与镜频阻抗的关系: 在三阶导纳矩阵中，令 I i = GiVi
4、微波混频器的主要指标 则第三式为： GiVi = − g 2Vs + g1Vo − g oVi 可解出 Vi = (− g 2Vs + g1Vo ) / (Gi + g o ) ，将此关系代入前面 二式中有：
I s m11 m12 Vs = I 0 =m21Vs +m22V0 I 0 m21 m22 V0 2 g12 g2 m22 = − g 0 + m11 = g 0 − 其中 g 0 + Gi g 0 + Gi g1 g 2 m21 = − m12 = − g1 + g 0 + Gi
噪声系数F = 输入端微波信号的信噪比 输出端中频信号的信噪比
4、微波混频器的主要指标 所以： F = Sia / N ia = L N oa (T = 290o ) Soa / N oa N ia
Sia S 其中，L = 为变频损耗； ia、Soa 表示输入、输出端信号 Soa 资用功率；N ia、N oa 表示相应的噪声资用功率。
4、微波混频器的主要指标
1 + 1− L1开 = 1 − 1− g12 g o 2 (1 − g 2 g o ) g12 g o 2 (1 − g 2 g o )
(1 + g 2 (1 + g 2
g o ) (1 − g12 g o 2 ) g o ) (1 − g12 g o 2 )
⑵最佳源电导：
Rs 2 2 + Ws RsR j C j 1 + R j#43; ωs2C 2 R j Rs ) 寄生损耗： L2 (db) = 10 lg j Pj Rj 1 VL ，使 R j = 调整 的最小寄生损耗为： Ws C j 2R L1min (db) = 10 lg(1 + s ) L1+L2为混频二极管的总损耗。 Rj
4、微波混频器的主要指标
4、微波混频器的主要指标 由下图可知，加到二极管上的总功率为：
Prf =
I 2 Rs j 2
+
V j2 2 Rj
I j = Vj (
1 + jWs C j ) Rj
4、微波混频器的主要指标 得到： 2 1 V2 V j2 1 2 Prf = V j + Ws C j Rs + j = 2 Rj 2R j 2R j
I 再将 I A 断开， s = −Vs Gg ，求得从中频端口看进去的总导 纳为： Vo m12 m21 Go = = m22 − Io G g + m11
4、微波混频器的主要指标 所以中频负载的等效电流源的电流为 I e ，内电导为 G0 ， 则资用功率为 (GL = G0 ) ：
Ie2 m212 I A2 Po = = 8Go 8 ( Gg + m11 ) [m22 ( m11 + Gg ) − m12 m21 ]
只有和信号一起输入的噪声可视为源噪声、其功率为 kT0 B 所以：
FSSB N oa Lm = Lm = 2 1 + − 1 td kT0 B 2
4、微波混频器的主要指标 相应的：
TmSSB
t mSSB
2 = Lm
2 = Lm
Lm 1 + 2 − 1 td T0
g o ) (1 − g12 g o 2 )
4、微波混频器的主要指标 这三种净变频损耗与本振峰值电压关系为： ①随着VL ↑, L1匹、L1短、L1开 一致下降； ②随着VL ↑, L1匹 → 3db、L1短、开 → 0 ； ③ L1短、开 的实际改善度再0.5－2db之间； ④ 一般 L匹 > L短 > L开 ； 管子寄生损耗L2 信号功率加到混频二极管上并不等于全部加到非线形 电阻Rj上,由二极管等效电路可知,Rs和本征参数串联,必然 消耗一部分能量.同时电容Cj和Rj并联,还起到了分流作用。 而真正加到Rj上的只是一部分功率.把Rs损耗和Cj分流作用 统称为二极管寄生损耗。
Lm 1 + 2 − 1t d
FSSB = LmtmSSB
②对于射电天文接收和其它辐射计接收：测量对象是 总辐射的等效亮度温度,信号频率极宽、镜像频率端口也和 信号端口一样进信号.这是镜频噪声也称为源噪声.即 N ia = 2kT0 B
FDSB N oa Lm = Lm = 1 + − 1 td N ia 2
4、微波混频器的主要指标
g 1+ 1− 1 g o
2
可得：⑴最小净变损耗： L1短 =
g 1− 1− 1 g o
2
2
⑵最佳源电导：
g Gg 短 = g o 1 − 1 g o
⑶最佳输出电导： Go短 = Gg短
∂L1 =0 ， ③镜像开路混频器：将 Gi = 0 代入上式，令 ∂Gg 可得：⑴最小净变损耗：
净变频损耗：
Po ( Gg + m11 ) [m22 ( m11 + Gg ) − m12 m21 ] L1 = = Ps m212Gg
实际的变频器中，镜端口负载可能为匹配、短路、开 路三种情况： ∂L1 =0 ①镜像匹配混频器：将 Gi = Gg 代入上式，并令 ∂Gg
4、微波混频器的主要指标
1 + 1− 2 g12 2 g12
而加到 R j 上，用于混频的部分为：Pj =
V j2
4、微波混频器的主要指标 输入、输出端的失配损耗L3 由于输入端不匹配,使信号功率部分反射、不能全部 加到二极管上,而输出端不匹配.使变频后的中频功率不能 全部送给中频负载.这两部分的总损耗为： (1 + ρ1 ) 2 (1 + ρ 2 ) 2 1 1 Lr (db) = 10 lg + 10 lg = 10 lg + 10 lg 2 2 1− | Γ1 | 1− | Γ 2 | 4 ρ1 | 4 ρ2 | 实际混频器的总变频损耗为2—8db. 右图曲线表示各部分损耗对本振功率的依赖关系：
4、微波混频器的主要指标
4、微波混频器的主要指标 其中， i 很大，则第三项影响很小。 G L 由上式可知，接收机的整机噪声受 Fm、Lm 的影响极大， m 对 Fif 有极大作用。 4、Lm 和 Fm 的量级概念 td ≈ 1 时，Lm 和 Fm 数量相同。这时 tm = 1 FD = L2 ( db ) + Fif ( db ) − 3db FS = L2 ( db ) + Fif 随着 td ↑ ，则 Fm ↑ ，当 td = 2 时，Fm = 2 Lm − 1 结论：①F与镜像通道有关 ② td ≈ 1
4、微波混频器的主要指标
4、微波混频器的主要指标 二、噪声系数 微波混频器大都位于接收机前端.其噪声性能对接收机灵 敏度影响很大.尽可能降低噪声是设计混频器时必先考虑的. 定义噪声系数时,把混频器看成一个准线形二端口网络.虽然 输入信号的频率和输出中频信号的频率是完全不同的.但输 出中频信号的幅度和输入信号的幅度都是完全成线形比例关 系的.因而包络变化规律相同. 对线形二端口网络,噪声系数是表示其出口端信噪比比入 口端信噪比恶化的程度.即：
4、微波混频器的主要指标 任何一个电路部件都必须用一些指标来表示及性能. 这些指标既是电路性能好坏的量度,又是电路设计与调试 的依据。对微波混频器来讲,这些指标是:变频损耗,噪声 系数,端口隔离,输入驻波比,动态范围和频带宽度等.其 中变频损耗和噪声系数是重要的指标.我们本节予以重点 讨论. 一、变频损耗L 定义:混频器的输入微波资用功率与输出中频资用功率之比. Ps P L= Ldb = 10 lg s (db) 或 Pif Pif 损耗来源及组成部分: ①寄生频率所产生的净变频损耗L1。
4、微波混频器的主要指标 相应的：
TmDSB 1 = Lm
1 Lm
Lm 1 + 2 − 1t d T0
Lm − 1t d 1+ 2
t mDSB =
FDSB = Lmt DSB
所以单通道接收机由于镜像噪声而使噪声系数增大.为了改 善可在管子前面加镜频抑制滤波器. 3、混频器－－中频放大组件的噪声系数 混频器后面接中频放大器.接收机噪声主要由这两部分决定. Lm F后 F = Fm + Lm ( Fif − 1) + Gi
4、微波混频器的主要指标 相应的噪声温度比为： Tm 1 tm = = 1 + ( Lm − 1) td T0 Lm 混频器的噪声系数可表示为：F = LmTm 2、镜像匹配混频器 在镜像匹配时,镜像频率附近的噪声也加到混频管上. 混频之后也成为中频噪声体现在总输功噪声功率中.总的输 出噪声功率比短路、开路混频器增大.这一点是肯定的. ①对于通常信号频带较窄的单端口接收情况：镜 频端只进噪声,不进信号,则镜频噪声功率等效于使混 T0 频器内部噪声增加.在温度 下总输出资用功率为：
Is=m11Vs +m11V0
即
上式意味着,原来的三端口网络可化成含有参数Gi的二 端口网络。为了求出净变频损耗，首先要求出信号源资用 功率和中频输出资用功率。