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双平衡混频器 （1）、双平衡混频器具有多倍频程带宽； （2）、双平衡混频器比单平衡混频器组合谐波分量减 少一半，减少了谐波干扰； （3）、隔离度好。（管芯一致, 结构对称的情况下） （4）、动态范围大：比单平衡混频器大3dB，比单管混 频器大6dB。
3、证明反相型平衡混频器能抵消本荡引入的噪声
•在各端口匹配的条件下，①、③为隔离端口， 信号由①口输入，从②、④口等分反相输出。考 虑到D1和D2接向相反，而我们规定以二极管导通 方向为电压正方向，因此两管上信号电压相同； 本振由③口输入时，从②、④口等分同相输出， 因D1和D2接向相反而使两管上本振电压反相。设 输入端信号和本振的初相位为0˚时，则以上关系 可表示为:
Γopt=0.5<135°，Fmin=3dB，RN=4欧姆 （1）、拥有最小噪声系数时的总增益是多少（用dB表示）。 （2）、设计放大器的输入输出匹配网络。 （3）、画出具体的电路图，详细说明设计过程。 （4）、如果输入信号为-20dB，放大器的输出功率和输出噪声各是多少
Step ３
通过ГSm和ГLm,选取适当的输入，输出共轭匹配网络，放大器的增益为：
IN
b1
思考： 当共轭匹配时， 即 采用下列放大器串接成一个级联的放大器；S11=-10dB, S21=15dB, S22=-6dB，请问串接后增益范围是什么？ (1)假定S12= 0 IN=S11=-10dB=0.316 S=S22=-6dB=0.5 Loop gain=1/(1- S22S11) =1.188~0.864
2、证明放大器的输入端口的失配系数为： HEMT 异质结 噪声系数 功率 单元成本（mm^2） 工作频率 功率效益 最小线宽 异质结 更低 高 高 高 高 0.12-0.5um HBT 异质结 低 高 较高 较高 最高 2-3um 其中： ——放大器输入端反射系数 ——源反射系数
Step 1 信号源到50欧姆的匹配
当镜像抑制滤波器衰减足够大时：
系统的噪声系数为：
信频部分 的功率
镜频部分的 噪声功率
1、说明变容二极管倍频器空闲回路的作用。一般变容管倍频器 的效率与那些因素有关。
答：（1）所谓空闲回路，是除了第n次谐波以外的其他低于n的某次 谐波的工作回路，它在倍频器中起着能量转换的作用。空闲回路的设 置是为了将变容二极管产生的空闲谐波能量回送到二极管中，再通过 非线性变频作用，将低次谐波能量转换为高次谐波能量，以利于提高 倍频效率和输出功率；
PS
Step 3 晶体管输入端, MIN
Step 4 总的失配系数
+ VS -
bs
ZIN
1 S
a1 IN
+ V50 50
P+=|a1|2 Pr=|b1|2
PIN IN
ZIN
S a1= bs + bs IN S 2 + bs (IN S) 3 b ( ) + s IN S +………..
Tu
ZS
解（1）：负载阻抗为75欧姆，源阻抗为30欧姆时的：
VS -
PAVS Pr1
PIN
Transistor
PAVN Pr2
PL
ZL
GT= f (S, L)
（2）、在单向化条件下输入匹配下有：
4.有三只晶体管在1.8GHz时的S参数如下：
此时的GTu为： 负载为10欧姆到100欧姆时GTu的幅度变化值：
两管产生的中频噪声
信号电压:
二极管D1和D2在本振作用下产生相应的时变电导分别为 ： 电导
输出的中频噪声：
本振电压: 规定二极管上电压、电流以二极管导通方向为正方向 本振携带的信频噪声分成2路加在两只混频管上： 本振携带的信频噪声在两管产生的中频噪声相互抵消。
5、设计一个射频频率为24GHz-28GHz，本振频率为23.5GHz ，中频输出频率为500MHz-4.5GHz的平衡式混频器，实现镜 频抑制，已知射频移相非常困难，请给出电路结构并分析原 理。
［S１］
放大器最大的增益： 将S矩阵变换成ABCD矩阵相加
［S２］
其物理意义在于当晶体管被外加的电阻元件加以稳定以后，所能得到的增益 对不会超过MSG。（Maximum Stable Gain 稳定增益最大值 ）
将ABCD矩阵再变换回S矩阵，进而求得串联电阻与稳定系数的关系
Step 2
选取适当的电阻值，使K大于1。对于特定的电阻值，对应于唯一 的ГSm和ГLm,
（2）、（a）、输入、输出匹配电路是为了在输入、输出频率上得到较大的
2.变容管、阶跃管、肖特基势累二极管、FET倍频器在性 能上有什么区别，各有什么特点。
变容二极管电容是在反向电压下形成和存在的, 电容大小随反向电压高低改 变而变化。 当所加反向偏压较低时，变容二极管的等效电容就大。当所加 反向偏压较高时，变容管的等效电容就小。变容二极管是利用非线性电容来 实现倍频的。 阶跃恢复二极管也是利用电容变化产生外加信号谐波的，不过它是利用正向 偏置条件下储存电荷和二极管放电时极为迅速地转换为高阻状态而产生外加 信号谐波的。调整倍频器使二极管在反向电流最大的瞬间转换，因此，在每 个激励周期内，将产生一个大而窄的电压脉冲序列。这种电压脉冲序列中含 有丰富的谐波，经过滤波就可以得到谐波输出。
若仅考虑基波混频，则混频器A的混频电流可表示为: 以上采用镜频带组滤波器来实现镜像开路的混频器，能把混 频产生的镜频能量反射回二极管，重新参与混频，转化为中 频能量。 对于从信号输入端同时进入的外来镜频干扰，滤波器能将其 反射回输入端，对镜像烦扰进行抑制 A:
相应的中频电流为:
7、图4.52为采用了镜像抑制滤波器的系统结构图。 证明：当Ga足够大时有：
3、 （2）、由 Step1 输入匹配：
Step2 输入匹配：
输出端采用共轭匹配且为单向设计：
Step3 最后的图形：
6.设计一宽带放大器，使其增益在300MHz到600MHz时不 小于10dB。晶体管的S参数如下： f（MHz）
S11 S21 4.5<30° 3.2<45° 2.0<35° S12 0.01<10° 0.05<-5° 0.02<-12° S22 300MHz 300 450 600 0.25<-35° 0.32<-78° 0.2<-85° 0.8<-10° 0.9<-15° 0.85<-20° 450MHz W=0.028mm L=9.12mm W=0.028mm L=4.59mm
最大增益 解：首先计算稳定系数
选用第三个晶体管做高增益放大器 Step 1
Ｓ new
• • •
晶体管的输入输出都是共轭匹配时才能得到。 GT,MAX = GA,MAX (MAG)= GP,MAX 只有当晶体管无条件稳定下(K>1)，才存在一組组(MS, ML)的唯一 解，加以匹配可得到GT,MAX 。 MAG, (MS, ML)直接由晶体管S-parameters计算得知，(S, L)不 再是变数。
ZS
+ aS ZIN
Transis tor
Pavs Pr
PS=|bs|2
50
+ VS f>6GHz 2st 1st
ZS
PS
S
LNA HBT HEMT 2st 1st
PA 1st 2st
OSC 1st 2st
f<6GHz 1st 2st
S
IN
Step 2 无限多次反射产生的Loop gain
ZS
1、设混频二极管的伏安特性为：
由于VL>>VS,二极管工作点随本振电压而变化：
P112
微波固态电路习题
在零偏压和本振激励下，试确定二极管时变电导 表示式（表示成傅氏级数）。
的波形和
假设本振与信号方别表示为： 展开成傅立叶级数：
2、比较单端、单平衡、双平衡混频器的特点和 优点
单端混频器： 单端混频器的隔离度、噪声系数都比其他形式的混频电 路差，只是结构简单，在某些要求不高之处仍有应用。 单平衡混频器： 单平衡混频器分为 型和反相型，它们的混频原 理相同，但电路的结构及混频器某些指标各有特点， 使用了90度平衡电桥的平衡混频器在概念上可以有 很宽的频率范围，且在信号端口得到完全的匹配， 而是用了180度电桥的平衡式混频器在概念上能在很 宽的频率范围内得到完全的信号与本振的隔离。两 种混频器的本振相位噪声均可在两管电流中抵消， 同时也可抵消一部分组合谐波分量，提高混频纯度， 又改善了变频损耗。 电桥的使用改善隔离，充分利用信号、本振功率， 增大信号动态范围。
1
a1
S21 S11 b1
b2 S S22 S12=0
b1 S12 =0
+
3、一场效应管工作频率为f=5.5GHz，偏置条件为：VDS=3.2V，ID=24mA。 已知S参量为：S11 =0.73<176°, S12=0.05<75°, S21=3.32<34°,S22=0.26<107°,假设放大器没有匹配网络,且负载为ZL=50欧姆,源阻抗为ZS=30欧姆,传 输线阻抗为Z0=50; （1）、求GTu，GT，Ga，并画出负载为10欧姆到100欧姆时GTu的幅度变 化值。 （2）、在单向化条件下为输入端口做匹配并求出GTu， （3）、在单向化条件下为输入、输出端口做匹配并求出G =GTu max
W=0.028mm L=0.84mm
要求：详细给出具体电路设计过程并说明理由
600MHz
W=0.028mm L=5.44mm 输出功率为：
资用功率Ga的等功率圆（10dB）
晶体管的S11及S22
50欧姆，59.9度
300MHz 450MHz
600MHz
实际功率增益Gp的等功率圆（10dB）
300MHZ时，GA_max=GP_max=17.85dB 450MHZ时，GA_max=GP_max=18.6dB 600MHZ时，GA_max=GP_max=11.7dB
+ V0 bs
50
S21(new) M S11(new) S22(new)
a1 IN S11 a2 S21 S22 a2 b2
50
Βιβλιοθήκη Baidu
(3) 两级的S21已经包含了MS and MIN 的损耗 (4) Gain=S21x Loop gain x S21 GMAX=15dB+1.5dB+15dB=31.5dB GMIN=15dB-1.27dB+15dB=28.73dB
相应的中频电流为:
同理，混频器B的电流为:
从以上分析可知:只需根据WL> Ws.或WL< WS以 接收所需信号边带，适当地选择端口加入移相器， 就可此时，就可以得到相应的镜频抑制混频器。
混频中放产生的噪声功率为：
当Ga足够大时：
信号源携带的信源噪声在输出端的噪声功率为： 混频器输入端口噪声和频谱分布 信号放大器产生和镜频滤波器后在整机输出端的噪声功率 Pa，包含信频带和镜频带两部分，表示为：
100欧姆，91度
7、已知放大器的转换功率增益为：GT=8dB，带宽为200MHz，噪声 系数为F=2.5dB，1dB压缩点Pout，1dB=20dB。假设放大器工作在室温 环境，IPout=40dB。求该放大器的动态范围和无失真动态范围。 匹配前的增益
解： 噪声功率：
动态范围：
匹配后的增益
无失真动态范围：
5.设计一低噪声放大器使其功率尽可能高。电路制作在Duroid基片上 介电常数为10，厚度为1.27毫米。场效应管在3GHz、100MHz带宽 时的S参数如下：
（1）、前级采用最小噪声匹配，后级采用共轭匹配，即保证了小的噪声系数， 又保证了较高的增益。 由于S12=0，采用单向化设计，有：
S11=0.9<-90°， S12=0 ， S21=2<90°， S22=0.5<-45°。
S11
0.34<-170° 0.75<-60° 0.65<-140°
S12
0.06<70° 0.2<70° 0.04<60°
S21
4.3<80° 5.0<90° 2.4<50°
S22
0.45<-25° 0.51<60° 0.70<-65°
（3）、在单向化条件下输入输出匹配：
请选择合适的管子设计一高增益放大器,要求: （1）、放大器的最大增益是多少? （2）、三只管子的稳定性如何？ （3）、设计具体的放大器电路，详细说明设计过程。
6、设：1.无源电路是理想无耗电路 2.除移相电路外，其他电路无相移 3.信号电压为Vs=Vsmcos(ωst) 4.本振电压为VL=VLmcos(ωLt) 信号经过功分器、本振经功 率分配器后移相90度后分别 加到混频器A和B上，则混频 器A和B相应输人端口的电压 分别为:
B:
由于混频二极管在本振电压的激励下其非线性电导为:
1.试就异质节、低噪声、大功率等方面说明HEMT和HBT器 件的特点，以及各自适合哪种微波电路。
HBT HEMT HEMT 和HBT的噪声 特性。
微波固态电路第三章习题
HEMT 和 MESFET 截止频率和栅长的关系曲线。 HEMT,MESFET 和HBT功率和频率的 关系曲线。 GaAs 和 InP的HBT也具有较高的频率特性， NEC公司的HBT截止频率可达到250GHz。 但总的来说HBT的最高频率较HEMT低。