第四讲 微波混频器技术指标
微波混频器知识总结
i f u0 f ' u0 u I i
(1-6)
式（1-6）中， I f u0 及 i f ' u0 u ， f u0 和 f ' u0 均是 t 的周期偶函数， 可以分解为只含 cos nLt 项的傅里叶级数，即
S 中频接地线等部分构成。图 1.7 是单端混频器示 4 意图，图 1.8 是其相应的等效电路。
S 阻抗变换器加相移段） 、肖特基 4
图 1.7 单端混频器示意图
S
4
d
Z0
D
S
us
Z 01
ul
Z0
Z0
S
4
LC 带 通 滤 波 器
RL ui
4
C
末端开路
图 1.8 单端混频器等效电路图
从等效电路可以看出，混频二极管 D 以前的电路是输入电路，其作用主要有 两个： 第一是把信号和本振的混合信号加给混频器，图 1.7 中的定向耦合器起类似 信号中“加法器”的作用。定向耦合器的耦合度要合理确定，太小了本振功率浪 费大，太大了信号损失大，一般在 10dB 左右。 第二个作用是使信号与二极管输入阻抗匹配，管子的容性阻抗经相移段 d 到 纯阻点，因为电压波节点对应的纯阻最小，一般选电压波节点位置为纯阻点，再 用一段
i I sa e u 1 f u
(1-4)
在混频二极管上同时加上本振电压 uL U L cos Lt ，直流偏置 U 0 ，信号电 压 uS U S cos S t ，且本振电压 U L 远大于信号电压 U S ，即 U L
U S 。由前面所
述的本振激励特性知，在某个时刻 t ，信号在直流偏压和本振电压建立的工作点 附近的变化是线性的。因此，将 i f u 在 u0 U L cos Lt U 0 处展开成泰勒级 数为：
微波混频器技术指标与特性分析
微波混频器技术指标与特性分析一、噪声系数和等效噪声温度比噪声系数的基本定义已在第四章低噪声放大器中有过介绍。
但是混频器中存在多个频率，是多频率多端口网络。
为适应多频多端口网络噪声分析，噪声系数定义改为式（9-1），其理论基础仍是式（6-1）的原始定义，但此处的表示方式不仅适用于单频线性网络，也可适用于多频响应的外差电路系统，即（9-1）式中 Pno ——-当系统输入端噪声温度在所有频率上都是标准温度T0 = 290K 时，系统传输到输出端的总噪声资用功率；Pns ——仅由有用信号输入所产生的那一部分输出的噪声资用功率。
根据混频器具体用途不同，噪声系数有两种。
一、噪声系数和等效噪声温度比1、单边带噪声系数在混频器输出端的中频噪声功率主要包括三部分：（1）信号频率f s 端口的信源热噪声是kT 0∆f ，它经过混频器变换成中频噪声由中频端口输出。
这部分输出噪声功率是 m fkT α∆0式中 ∆f ——中频放大器频带宽度；αm ——混频器变频损耗；T 0——环境温度，T 0 = 293K 。
（2）由于热噪声是均匀白色频谱，因此在镜频f i 附近∆f 内的热噪声与本振频率f p 之差为中频，也将变换成中频噪声输出，如图9-1所示。
这部分噪声功率也是kT 0∆f ／αm 。
（3）混频器内部损耗电阻热噪声以及混频器电流的散弹噪声，还有本机振荡器所携带相位噪声都将变换成输出噪声。
这部分噪声可用P nd 表示。
这三部分噪声功率在混频器输出端相互叠加构成混频器输出端总噪声功率P nond m m no P f kT f kT P +∆+∆=αα//00 把P no 等效为混频器输出电阻在温度为T m 时产生的热噪声功率，即P no = kT m ∆f ，T m 称混频器等效噪声温度。
kT m ∆f 和理想电阻热噪声功率之比定义为混频器噪声温度比，即 00T T f kT P t m no m =∆= 按照定义公式（9-1）规定，可得混频器单边带工作时的噪声系数为 ns m ns no SSB P f kT P P F ∆==在混频器技术手册中常用F SSB 表示单边带噪声系数，其中SSB 是Singal Side Band 的缩写。
微波电路的技术研究与应用
微波电路的技术研究与应用一、微波电路的概述微波电路是一种特殊的高频电路，在通信、雷达、无线电等领域中有着广泛的应用。
微波电路的频率范围一般在300MHz到300GHz之间，其特点是具有高速、大容量等优点，因此在现代通信系统中扮演着重要的角色。
二、微波电路的种类1. 微带线微带线是一种常用的微波传输线路，是用于制作微波集成电路的主要元件。
它由一层金属覆盖在介质基板上构成，嵌入在基板的内部，具有低成本、低损耗、小体积等优点。
2. 高频放大器高频放大器是一种用于放大微波信号的电路，它的主要作用是将输入信号放大到所需的输出幅度。
高频放大器的主要性能指标包括放大增益、频带宽度、可靠性等。
3. 微波滤波器微波滤波器是一种用于滤波微波信号的电路，它的主要作用是将输入信号中某个频率范围内的信号滤去或保留，以实现信号的分离或合并。
微波滤波器分为有源滤波器和无源滤波器两种类型。
4. 微波混频器微波混频器是一种用于将不同频率的信号混合产生中频信号的电路，它的主要作用是将输入信号的频率转换到新的频率范围内，以实现多路信号的混合和解调。
三、微波电路的应用1. 通信领域微波电路在通信领域中应用广泛，主要包括无线电通信、卫星通信、移动通信等。
无线电通信中，微波电路主要用于收发机、反射器、放大器等电路中，以实现协议通信和广播。
2. 雷达领域雷达是一种用于探测目标位置和速度的设备，微波电路在雷达领域中具有重要作用。
微波电路主要用于雷达天线、放大器和混频器等电路中，以实现雷达信号的发射、接收和处理。
3. 无线通信领域微波电路在无线通信领域中应用广泛，主要包括无线网络、卫星通信、移动通信等。
微波电路主要用于天线、放大器、滤波器等电路中，以实现无线信号的传输和处理。
四、微波电路的制作工艺微波电路制作工艺相对复杂，要求制作精度高，材料的选择和工艺控制也很关键。
一般来说，微波电路的制作工艺包括以下几个方面：1. 材料选择微波电路材料的选择非常重要，主要包括基板材料、电极材料和封装材料等。
实验七混频器的仿真设计
混频器电路旳主要技术指标 • 变频损耗 • 噪声系数 • 端口隔离度 • 驻波比 • 动态范围 • 三阶交调系数 • 镜频克制度 • 交调失真
电流在工作点用泰勒级数展开：
i f (E0 UL cosLt US cosSt)
f (E0 UL cosLt) f '(E0 UL cosLt)US cosSt
Байду номын сангаас
1 2!
f
''(E0
UL
cos Lt )(U S
cos St )2
…
定义二极管旳时变电导g(t)为
g
t
= di dv
= v=E0 +ULcosLt
i2 gnVs cos(nL s )t
i1 gnVs cos(nL s )t n
输出： i i2 i1 2gnVs cos 2i 1L s t
n为偶数旳高次谐波电流被完全抵消，只剩余奇次谐波电 流(n=2i+1)，所以电路本身抵消了二分之一高次谐波电流 分量。
3、镜像回收混频器 (a)给出了分支线电桥旳信号和本振输入端都放置了平行耦合 镜像带阻滤波器，在该处它们镜像开路。因为该处距二极管 约为λSg／4, 因而在两个二极管输入接点处镜像信号被短路到 地。(b) 在接近连接二极管端口处有一耦合微带线作带阻滤波 器，该滤波器由两段1/4镜频波长旳短线构成，一段终端开路， 另一段与主传播线平行，形成平行耦合微带线。位置要调整 到刚好使镜频和本振二次混频后旳中频和一次混频旳中频同 相叠加，可回收镜频能量，提升混频器性能。
微波混频器主要指标
|2
10 lg
(1 1)2 41 |
VS
m12 Gg m11
V0
Go
Io Vo
m22
m12m21 Gg m11
等效中频电流源输出的资用功率
Po
Ie2 8Go
8 Gg m11
m212 I A2 m22 m11 Gg
m12m21
Ch.4微波混频器的主要指标11
11
变频损耗
西安电子科技大学微波技术研究所
最小净变频损耗 最佳源电导
1 1 L1M 2
1 1
2g12 go go g2 2g12 go go g2
GgM go g2 1 2g12 go go g2
L1 0 Gg
最佳输出电导
GoM go 1 2g12 go go g2
Ch.4微波混频器的主要指标6
6
变频损耗
西安电子科技大学微波技术研究所
变频损耗
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.
L Ps Pif
Ldb
10 lg
Ps Pif
(db)
损耗来源及组成部分:
1、寄生频率所产生的净变频损耗L1.
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
Ch.4微波混频器的主要指标7
7
变频损耗
西安电子科技大学微波技术研究所
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.
电子科技大学微波固态电路总回顾
总回顾—— 第三章微波晶体管放大器 G
单向化设计（ S12≈0S ） − Γ (1
2 2 S
S 21
2
M
固定增益电路
GTu =
2
21
)(1 − Γ L )
2 2 2
2
(1 − S11Γ S )(1 − S22 Γ L )
2 2
= S21 ⋅
1− Γ S
多级放大器晶体管选择 宽带放大器
1 − S11Γ S
原理图捕捉；支持工具；层次设计 ；电路元件库； 模拟控制 ；优 化；版图；存在多种不同类型的分析研究电路响应的模拟引擎
总回顾—— 第三章微波晶体管放大器
功率合成技术
链状结构 按电路拓扑 结构分类 树状结构 N口结构 Wilkinson合成器 Rucker合成器 圆锥合成器 辐射状合成器 行波合成器 器件级 谐振型 按功率合成 方式分类 电路级 非谐振型 准光功率合成 空间级 自由空间波功率合成 混合型 腔体谐振 介质谐振 空间型 按传输线 形式分类 波导型 平面型
ΓSm ΓLm
P′
ΓLm Γ*Lm
ΓL′
总回顾—— 第三章微波晶体管放大器
微波晶体管功率放大器的特性 1）功率 耗散功率
PDC ≈ I cVcb
，输入功率Pin，输出功率Pout，
小功率：PDC<1 W, 中功率：1W≤PDC ≤ 5W,大功率：PDC>5W 功率单位：1mW=0dBm 1W=1000mW=30dBm 10W=40dBm
考核方式——
平时（作业和出勤率）：10%；实验（8学时）：20%； 期末考试（第15周，一页纸开卷，填空5~10/判断5~10/简答3~5，2小时）： 70% ；
非考试重点——
微波混频器
第六章 微波/毫米波二极管混频器混频器是微波集成电路接收系统中必不可少的部件。
不论是微波通信、雷达、遥控、遥感，还是侦察与电子对抗，以及许多微波测量系统，都必须把微波信号用混频器降到中低频来进行处理。
微波集成混频器有二极管混频器和场效应晶体管混频器以及双栅场效应管混频器。
二极管混频器基本上采用肖特基势垒二极管作变频元件。
优点是：结构简单、工作频带宽、噪声较低、动态范围大、工作稳定等。
FET 混频器的特点：变频增益、电路较复杂、需直流供电。
从电路结构上看，分为单管式混频、双管平衡式混频和多管式混频。
单管混频器只采用一只二极管，结构简单、成本低，但噪声高、抑制干扰能力差，在要求不高时采用，它是理论分析的基础。
平衡式混频器借助平衡电桥可使本振的噪声抵消，因而噪声的性能得到改善，电桥又使信号与本振之间达到良好隔离，因而平衡混频器是最普遍采用的形式。
另外还有管堆式多双衡混频器、镜频抑制混频器等等，可根据特殊要求而设计。
5.1 微波/毫米波混频器技术指标与特性分析 一、 噪声系数和等效噪声温度比。
outout inin f N S N S N //=f N (dB)=10f N lg(5.1)也可采用以下定义：PnsPnoF =(5.2) 式中P n s — 当系统输入端噪声温度在所有频率上都是标准温度k To 290=时，系统传输到输出端的总噪声资用功率。
Pns — 仅由有用信号输入所产生的那一部分输出的噪声资用功率。
1、单边带噪声系数 SSB Singad Side BandLctm KToDfKTmDfF SSB ==(5.3)Tm ：等效噪声温度 tm ：等效噪声温度比 2、双边带噪声系数 DSB Double Side Band在遥感探测、射电天线等领域，接收信号是均匀谱辐射信号，存在于两个边带，这种应用时的噪声系数称为双边带噪声系数。
m m f DSB t L Lc KToD Pm F 21/2==(5.4)由(5.3)和(5.4)可知，由于镜像噪声的影响，SSB F 比DSB F 大一倍，即高出3dB 。
微波混频器的研究
的电压和电流 ，用迭代逼近法来模拟稳态建立 的过 程．首 先对 两 个 子 网 络交界 面 Ａ —— ４处 的电压给一初值． （） ＝ ０ ・ ｔ Ｖ＋ （） ３
厂
图 ５ 平 衡 混 频 器 原理 电路
嵌 络
一 ． Ｉ
当 很小 时 ，级数 只取前 四项 ，得
（． ￡． ）
因为 很小 ，所 以流过二极管的总电流为 ：
ｉ＝ （ ＋ ＣＳ ￡） ＋ｇ （ ） Ｖｃｓ 。 厂 ＯＯ ｔ ） ｔ ，ｏｏ ｔ ）
＝
（
＋ ２ ＣＳＯ￡ ） ＋ （ ０ ＋ Ｏｎ）ｔ ｇ
微 波 混 频 器 的 研 究
张 晶 李厚德２
２
＝
ＣＳＯ ｔ 。 ， ｓ 。 Ｏｎ） ） Ｖｃ ｏ ｔ ￡ ｏ ）
维普资讯
电 容 器 放 电 时 能 量 损 失 的 探 讨
第 ３期
令 ｃ ＝ １２ ＣＣ
微波遥感 、雷达、电子对抗等很多领域得到广 泛应用。但是现代雷达 、远距离通信 、空间探 测和卫星技术 目 标信息非常微弱，不利于接收 机 的接 收．利 用微 波混频 器可 以将微 弱的微波 信号和本地振荡信号混合通过二极管或晶体管
１ 引言
随着混频器工作频率的提高，例如毫米波
目 ，微波技术在微 波通信、卫星通信、 混频器 ，在上述理论分析得出的变频损耗与实 前
・
３ ・ ７
维普资讯
第１ ５卷
技
术
物
理
教
学
（ ）比较两子网络同次谐波 电压幅度 ４
和
直 流
若不满足收敛误差Ｉ 一 ， 嚷 ．Ｉ＜
。
图 ４ 二 极 管 的 一般 等 效 电路
混频器
混频器一.混频器的工作原理混频器在发射机和接收机系统中主要负责频率的搬移功能，在频域上起加法器或减法器的作用，频域上的加减法通过时域上的乘积获得。
混频器通常可以表示为如图１所示的三端口系统，应至少包含三个信号：两个输入信号和一个输出信号。
根据图1可以表示混频器最常见的数学模型：(A1cosω1t)(A2cosω2t)=A1A22[cos(ω1−ω2)t+cos(ω1+ω2)t]式中A1表征输入信号的振幅，A2表征本振信号的振幅。
图1.混频器原理框图对于混频器而言，混频器的输入信号分别定义为射频信号RF(Radio Frequency)，频率记为ωRF，和本振信号LO(Local Oscillator)，频率记为ωLO。
混频器的输出信号定义为中频信号IF(Intermediate Frequency)，频率记为ωIF。
根据混频器的应用领域不同，中频输出选择的频率分量也不同。
当ωIF<ωRF时，混频器称为下变频器，输出低中频信号，多用于接收机系统；当ωIF>ωRF时，混频器称为上变频器，输出高中频信号，多用于发射机系统。
常用的混频器实现方法主要有三种：第一种是用现有的非线性器件或电路，比如利用二极管电压电流的指数关系实现的二极管微波混频器；第二种是采用开关调制技术实现信号在频域上的加减运算，进而实现频率变换的功能，比如基于吉尔伯特单元的混频器；第三种是利用已有的电子元件实现混频电路的乘法模块。
二.混频器性能指标（一）转换增益转换增益(或者转换损耗)，其定义是需要的IF输出与RF输入的比值。
混频器的电压转换增益可表示为:G V=20log V IF V RF混频器的功率转换增益可表示为：G P=10log P IFP RF=10log[(V IFV RF)2R SR L]其中V IF和V RF分别为中频输出电压和射频输入电压的有效值．R L是负载电阻，R S是源电阻。
当输入电阻和负载电阻相等时，两种增益的dB形式相等。
推荐《微波混频器》一书
书 中还 可 看 到
,
,
作 者 把 国 外 有 关 宽 带 网 络 的 理 论 计 算 方 法 应 用 于 微 波混 频 器 的 设
,
们 之中并取 得了成功
,
试制的产 品
。
经 测 试 性 能 良好
、
。
书 中的 资材 数 据 比 较 完 整 因此
,
。
准确
,
如 果 选 用 某 种电 路
、
,
按 书 中 所 述 的方 法 设 计 与
.
令 今今 今 今 今令 今今 令 令 今 今今今介 介今 介 会 介介介今今 今 今 合 介介 今 今 介 今 令介 介 介 介 今
.
心4
设计实 例 试 范例等
— 微波混 频器主 要参数 的测试原 理
,
平 衡 不 平 衡转 换 器
双 面 微 带 巴 伦 等的 特 性 主 要 指 标 和
、
测试方法
、
测试特点
、
测试误 差的分析 以 及测
、
第二
,
作者把 国内外 先进的零 散设计方案
,
方法
,
例如反相平 衡混须器 移 相
、
二
/
2
型’卜
, ,
衡 混 频 器 等 的 理 论 计算 及 提 供 的 数 据 均 作 了 严 格 的 复 审 得 出 了 一 套 较 完 整 的 曲线 与 数 据
.
。
对 绝 大 多 数 器 件 的 设 计 都 进 行 了试 机
,
`
有 为 还 反 复 多次
对 理 论 计 算 与 实 际 为 汉 差 作 了 细 致 约 分析
。
其 中包 括 工 艺
基于ADS的微波混频器设计分析
基于ADS的微波混频器设计分析微波混频器是微波通讯系统和雷达系统中非常重要的一种器件，广泛应用于天线收发、波形分析、频谱分析、信号识别及信号混频等方面。
基于ADS软件对微波混频器进行设计分析是目前常用的一种方法。
设计方法：1. 确定混频器基本拓扑结构常见的微波混频器拓扑结构包括同相结、反相结、集总结、差动结以及单平衡混频器等。
选择不同的拓扑结构能够满足不同的应用需求，也会影响到混频器的性能指标。
2. 混频器参数设计混频器的性能指标，如转换增益、输入输出阻抗匹配等，与混频器的参数设计密切相关。
包括寄生参数、微带线参数等在内的各种参数应保持合理的设计。
3. 混频器仿真分析在ADS软件中建立混频器电路模型，对其进行仿真分析。
通过观察混频器的回路响应、输出功率、频率响应等参数，进一步优化混频器的设计参数，以达到预期的性能指标。
4. 混频器制作及测试混频器的制作需要精细的工艺技术，包括微带线的加工、元件的贴装等。
混频器制作完成后，需要进行测试验证混频器的实际性能指标。
测试的方法包括S参数测试、输出功率测试及噪声系数测试等。
5. 混频器性能评估根据实际测试结果评估混频器的性能指标，包括转换增益、输入输出阻抗匹配、相位和幅度平衡等。
根据评估结果进行优化、改进和特定应用调整。
总结：基于ADS软件的微波混频器设计分析，能够在理论模型上模拟出混频器的性能指标，较为准确地预测混频器的实际应用效果，并优化混频器的设计参数。
通过实际制作和测试，能够更为客观地评估混频器的性能指标，为混频器的实际应用提供科学准确的性能基础。
高频电子电路4.4混频器原理及电路课件
新材料与新工艺
随着新材料和工艺的发展，未来混频器将采用更先进的材料和工艺， 以提高性能和降低成本。
智能化与自动化
未来混频器将向智能化和自动化方向发展，能够自适应地完成信号 处理任务，提高系统的自动化水平。
THANKS
感谢观看
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
频率特性
01
02
03
频率范围
混频器能够处理的信号频 率范围，通常由电路元件 的物理特性决定。
频率响应
混频器对不同频率信号的 处理能力，通常用增益和 相位响应来表示。
频率稳定性
混频器在长时间内保持其 性能参数不变的能力，特 别是在温度和环境变化时。
按电路形式
可以分为单端式和平衡式混频器。单端式混频器只有一个信号输入端，而平衡式 混频器则有两个信号输入端，可以减小本振信号的泄露和干扰。
混频器的基本原理
工作过程
输入信号和本振信号分别加在混频器的非线性元件上，通过非线性效应产生新 的频率分量，经过滤波器选频后得到所需的输出信号。
主要参数
混频器的性能主要取决于其工作频率、噪声系数、动态范围、失真系数等参数。
场效应管混频器
场效应管混频器由两个场效应管组成，一个作为输入管， 一个作为输出管。输入信号通过输入管进入，经过混频器 内部电路的调制，产生一个输出信号。输出信号的频率与 输入信号的频率不同，实现了混频功能。
场效应管混频器的优点是线性范围宽、噪声低、动态范围 大。缺点是电路复杂、调试困难，适用于高频信号的处理 。
ERA
定义与作用
定义
混频器是一种将两个不同频率的信号 进行混合，产生第三个频率信号的电 子器件。
微波混频器的工作原理
eaVL J n aVL 带入上两式，得到： 当 aV 足够大时， L 2dVL
1 P VL I L I 0VL 本振激励功率为 L 2
I L 2I 0
I L 2I 0 本振电导为 GL VL VL
微波混频器的工作原理
P I0 所以可通过 I 0 和 V 来调节 ，测量 和 P 可以了解本 L L GL L 振工作性质 二、非线性电阻的电流频谱 1、小信号一次混频结果 这时 u V0 VL cosLt VS cosS t 与小信号有关的电流为：
g1VS sin S L t g1V0 sin L 0 t g1V0 sin L 0 t
g1Vi sin L i t g1Vi sin L i t g2Vs sin 2L S t
g2Vi sin 2L i t g2V0 sin 2L 0 t g2V0 sin 2L 0 t
aISa e aV0 J 0 aVL
1 g1 2
2
0
aI Sa e
a V0 VL cos L t
aV0 aI e J1 aVL cos Ltdt Sa
1 2 a V0 VL cos L t aV0 gn aI e cos tdt aI e J n aVL Sa L Sa 0 2 所以在本振电压作用下，混频器为一周期时变电导。 g为平均电导， g 为 0 n n次变频跨导（对本振n次而言）
或写为 I g V 导纳矩阵与三端口等效电路如图3-4所示。 结论 ①在感兴趣的频率上 等效为 [g] Rj i ②镜频 端口负载对混频器性能有影响，典型负 载为短路、开路、匹配 Cj ③等效条件:①小信号②忽略
常用微波技术术语含义
常用微波器件/部件的技术指标及其基本含义一、振荡器概述：近年来，新材料新工艺的进展为微波振荡信号的产生、放大和合成提供了很好的条件。
微波固态振荡电路是通过谐振电路与微波固态器件的相互作用，把直流能量转换为射频能量的装置。
固态振荡器工作电压低、效率高、可靠性高、寿命长、体积小、重量轻，从而在雷达、通讯、电子对抗、仪器和测量等系统中得到广泛的应用。
有人形象比喻微波振荡器是微波系统的“心脏”，可见其在微波系统中的重要地位。
通常把振荡器分为两类：稳频振荡器、自由振荡器（含压控振荡器）等。
稳频振荡器又分为晶体稳频振荡器（晶振、晶振倍频链）、高Q腔稳频振荡器（同轴腔、波导腔、介质）、锁相稳频振荡器（环路锁相、注入锁相、取样锁相、谐波混频锁相）。
同一频率和功率的不同形式的振荡器的成本相差很大，在使用时应该合理选择振荡器的类型。
主要技术指标：1、工作频率范围：指满足各项技术指标的调谐频率范围。
用起止频率或中心频率和相对带宽来表示。
2、频率精确度：振荡器工作频率偏离标称频率的程度。
3、频率稳定度：长期稳定度：指振荡器的老化和元器件的性能变化以及环境条件改变导致的频率的慢变化。
常用一定时间内频率的相对变化来表示。
短期稳定度：与长期稳定度相比，在较小的时间间隔内考察频率源的稳定程度。
常用阿伦方差来表征，以△f/f/μs（或ms）为单位。
4、相位噪声：是短期稳定度的频域表示，它可以看成是各种类型的随机噪声信号对相位的调制作用。
从频域表现来看，频谱不再是一根离散的谱线，而带有一定的宽度。
通常用距离中心频率某频率处单位带宽内噪声能量与中心频率能量的比值来表示，以-dBc/Hz@KHz（或MHz）为单位。
5、杂散抑制：指与输出频率不相干的无用频率成分与载波电平的比值，用dBc表示。
有时也成为杂波抑制。
6、谐波抑制：指与输出频率相干的邻近基波的谐波成分与载波电平的比值，用dBc表示。
7、工作电压：指使振荡器满足各项技术指标时的正常工作电压。
微波混频器
I
j
(V
)
Is(exp(
qV
KT
)
1)
C
j
(V
)
C j0 (1 V
)
fc 1
2RsC j0
设计混频器之前须确定下列参数
本振激励下二极管射频阻抗； 本振激励下二极管中频阻抗； 本振输入阻抗； 在不希望的频率和本振谐波上二极管的最佳端接阻抗；
端口间的隔离度。
单管混频器的设计
优点：
1.多倍频和工作带宽，没有电桥，取决于巴伦带 宽；
例：1MHz~2GHz 11个倍频和。 1GHz~26GHz 5个倍频和
2）混频组合分量少，比单平衡少一半； 3）隔离度好； 4）动态范围大。
X波段谐波混频器设计实例
基本指标： 中心频率10GHz 带宽500MHz 本振谐波次数为4 需要得到中频0.75-1.25GHz 变频损耗<15dB 杂散抑制度>60dBc。
平衡式混频器借助平衡电桥可使本振的噪声抵消 ，因而噪声的性能得到改善，电桥又使信号与本 振之间达到良好隔离，因而平衡混频器是最普遍 采用的形式。
另外还有管堆式多双衡混频器、镜频抑制混频器 等等，可根据特殊要求而设计。
微波/毫米波混频器技术指标与特性分析
噪声系数和等效噪声温度比
Nf
Sin / N in Sout / N out
微波混频器
微波集成混频器： 二极管混频器 场效应晶体管混频器 双栅场效应管混频器
二极管混频器： 结构简单、工作频带宽、噪声较低、
动态范围大、工作稳定等 FET混频器：
变频增益、电路较复杂、需直流供电
从电路结构上，分为单管式混频、双管平衡式混 频和多管式混频。
基于ADS的微波混频器设计与仿真
差 频分 量 完 成 混频 网 。混 频 器主 要 组 成 如 图 １ 示 。 所
★基金项 目 ： 国家 自然科学基金 资助 （１ ７ １３ 。 ６ ０ １９ ）
２ ，８ 口１ Ｉ
Ｔ ｓ Ｄ， ｅ ｔ ｓ＆ Ｓｏ ｕ ｉ ｎ ｌ ｔｏ
线性变换 ，电流 中包含直 流分量 、基波 、谐 波 、和频 、差
辅助设计 ，电路仿真和０４ 。 ￣Ｌ － 预期 目标技术指标要求 ： 射频频率为 ４ ＧＨ 本振频 ． ｚ； ８ 率为 ５ Ｈ 变频损耗 ≤ １ ｄ 噪声 系数 ≤ １ｄ 。 Ｇ ｚ； ２ Ｂ； ５Ｂ
频分 量等 。其 中差 频分 量 一就 是混 频所 需要 的 中频 成分 ，
绍了 ３Ｂ定向耦合器的仿真 ，分析了低通滤波器 ，最后对 ｄ
整个电路进行设计和仿真， 所测结果基本满足设计参数要求。
ｔ ｈ ｅ ｉ ｆｍ ｃ ｏ ｖ ｘ ｒｔ ｅ ｒ ， ｈ ｎ ｌ ｓ ｆｍｉｒ ｗａ ｅ ｍｉ ｅｓ ｂ ｓｄ ｏ ｈ ｒｎ ｉ ｌ，ｔ ｅ ｄ ｓ ｎ ｃ ｎ ｅ Ｏ ｔ ｅｄ ｓ ｎ ｇ ｏ ｒ ｗａ ｅ ｍｉ ｅ ｈ ｏ ｙ ｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ｏ ｃｏ ｖ ｘ ｒ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ｈ ｅｉ ｅ ｔｒ ｉ ｓ ｇ ｒ ｑ ｅ ｃ ｆ５ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｏ ＧＨｚ ｓ ｇｅ ｂ ａ ｃ ｄ ｍ ｉｒ ｗａ ｅ ｍｉ ｅ ，ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｔ ｅ ｓ ｇ ｅ ｂ ｌ ｃ ｄ ｍｉ ｅ ｓ３ Ｂ ｉｅ ｔ ｎ ｌｃ ｕ ｌ ｒ ｉ ｌ — ａ ｎ ｅ ｃ ｏ ｖ ｘ ｒ ｏ ｌ ｔ ｈ ｉ ｌ — ａａ ｅ ｘ ｒ ｄ ｄ ｒ ｃｉ ａ ｏ ｐ ｅ ， ｎ ｌ ｎ ｎ ｏ
微波混频器设计基础课件
微波混频器电路
n 2、设计步骤
①由上面 “①④”选传输线类型 ②由 “①③”等选用或设计本 ③由 “①②④”选二极管测参数，平衡混频器的管子要配
对。 ④确定电路类型：单端、平衡、镜像端接等 ⑤电路设计：
a：设计输入电路：包括混合电路及阻抗匹配 b：中频滤波器设计：包括滤波及匹配
c：直流及中频接地线 d：估算主要指标 ⑥制作与调试
信号相位差为π/2。本振也是，故称π/2移相型平衡混频器。 通过下面分析可知这类混频器也在输出端是混频中频电流 叠加输出。 由图5-4可知：
14
微波混频器电路
信号 本振
图5-4
中频输出
15
微波混频器电路 混频电导为： 混频电流为：
中频电流为：
16
微波混频器电路
输出中频电流为：
进一步还可证明，该类混频器也能消除本振噪声和部分高 次谐波分量。 n 四、其它混频器电路
微波混频器电路
③双平衡混频器:电路复杂、性能优越、在要求很高的场合 应用。
④双平衡混频器:电路复杂、性能优越、在要求很高的场合 应用。
以上电路中前三种电路都是镜像匹配混频器,重点掌握双管
单平衡混频器电路形式、原理、分析与设计。
n 二、单端混频器电路 典型的微带单端平衡混频器电路如图4-1所示,信号和
3
微波混频器电路 n 三、双管单平衡混频器电路
平衡混频器电路的主要优点是: ⑴抑制本振噪声及部分寄生频率 ⑵端口隔离度高 ⑶增大动态范围、提高管子抗烧毁能力 ⑷有效利用本振功率
4
微波混频器电路 n 1、反相型平衡混频器原理及电路 在平衡混频器中，本振功率和信号功率经输入电路耦
合等幅加于二个管子上。混频后两管的中频信号叠加输出。 如果二极管上本振信号是反向的称为本振反相型平衡混频 器。如果信号是反相的则称信号反相型平衡混频器。从有 效抑制本振噪声角度看，前者比后者优越。故实际上多用 本振反相型平衡混频器。 本振反相型平衡混频器电路如图5-2所示
微波混频器技术指标课件PPT学习
Nia和Sia在同一通道中，因此计算Nia时只应考虑有信号的那个通道。
3.3.1 镜像短路或开路(单通道)
在镜像信号短路(或开路)混频器中，只有频率为ωS的信号能够通过混
频器而变为中频信号，外来的镜频信号不能通过混频器，因输入端只存在 一个信号通道，故又称为单通道混频器。这种混频器可以等效为图3-14 所示的有耗双端口网络。
L=L0+Ljmin
(3-45)
图3-13画出了Rs、Cj及二极管总变频损耗随本振激励功率的变化曲
线。可见，恰当地选择本振幅度能使实际变频损耗达到最小。
第26页/共56页
• 图 3-13 二极管总变频损耗与本振激励功率的关系 第27页/共56页
3.2.3 混频器输入、输出端不匹配会引起信号功率和中频功率的损耗。假定
G0匹 g0
1
2 g12
g0(g0 g2)
(3-34) (3-35)
第13页/共56页
3. 镜像短路(Gi＝∞)
如果在输入端加入对镜频短路的窄带滤波器，使输入回路对镜频呈现 短路，则称为镜像短路混频器，如图3-9所示。在镜像短路混频器中，由 于镜频电流没有流过信号源内阻，因此镜频能量没有消耗，而是被反射回
L 10 lg( Psa ) (dB) Poa
(1) 由寄生频率产生的净变频损耗L0 (2) 由混频二极管寄生参量引起的结损耗Lj。 (3) 混频器输入/输出端的失配损耗La。
(3-19)
第1页/共56页
3.2.1 在混频过程中产生的寄生频率都含有一部分信号功率，如果它们消耗
在电阻上，就会造成损耗，这些损耗称为净变频损耗。计算净变频损耗时， 认为混频器输入、输出端口均已匹配，且将二极管只看做是一个受本振电
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1
Ljmin 10lg(1 2SC j RS )
2 RS 10 lg(1 ) (dB) Rj
(3-44)
第3章 微波混频器
混频二极管的总变频损耗为
L=L0+Ljmin
(3-45)
图3-13画出了Rs、Cj及二极管总变频损耗随本振激励功 率的变化曲线。可见，恰当地选择本振幅度能使实际变频损 耗达到最小。
2 2 I e2 m21 I A Poa 8G0 8(Gg m11 )[m22 (m11 Gg ) m12 m21 ]
(3-27)
(3-28)
第3章 微波混频器
因此，镜频端口的负载电导Gi为任意值时，混频器的净
变频损耗为
Psa (Gg m11 )[(m22 (m11 Gg ) m12 m21 )] L0 2 Poa m21Gg
第3章 微波混频器
如图3-12所示，流入二极管的总电流幅值为Ij，Rj两端
的电压幅值为Uj，Rj的实际吸收功率为 输入总信号功率为
Pj I j2 RS 2
U j2
U j2 2 Rj
(3-41)
Prf
பைடு நூலகம்
U j2 2 Rj
(3-42)
RS 2 2 (1 S CJ RS Rj ) 2 Rj Rj
第3章 微波混频器
图 3-11 最小净变频损耗与本振电压幅值的关系
第3章 微波混频器
3.2.2 混频管寄生参量引起的结损耗
净变频损耗随着本振电压加大而单调下降，但实际情况 上混频器是在某个一定大小的本振功率上得到最小的变频损 耗值，过大或过小的本振功率都将增大变频损耗。这是因为 上述分析仅考虑Rj的作用，忽略了寄生参量Ls、Cp、Cj和Rs 的影响，所得结果是理想的。实际上必须考虑寄生参量的影 响。分析时常把Ls和Cp合并到外电路去，只考虑Cj和Rs的影 响。由于Rs、Cj对输入的微波功率进行分压和分流，只有部 分信号功率加到Rj上参加频率变换，因此二极管的结损耗Lj 定义为输入信号功率Prf与结电阻Rj的吸收功率Pj之比。
第3章 微波混频器
3.2 微波混频器的小信号传输特性
——变频损耗
微波混频器的作用是将微波信号转换为中频信号，频率
变换后的能量损耗即为变频损耗。微波混频器的小信号传输 特性的研究任务包括：
(1) 输入信号功率经过混频器后有多少功率转换成中频
信号功率，即变频损耗。 (2) 当混频器的源电导Gg和输出电导G0为何值时，变频 损耗最小。 变频损耗定义为微波信号资用功率Psa与输出中频资用 功率Poa之比，常用分贝表示，即
第3章 微波混频器
1. Gi为任意值时的净变频损耗
混频器的等效电路如图3-6(b)所示，根据网络方程式(316)，由镜像端口得
Ii=GiUi
对式(3-16)和式(3-20)联立求解，得
(3-20)
IS=m11US+m12U0
I0=m21US+m22U0
用矩阵表示为
(3-21)
I S m11 m12 U S I m m22 U 0 0 21
第3章 微波混频器
图 3-7
镜像电导G为任意值时的混频器等效电路
第3章 微波混频器
为计算净变频损耗，首先应求出信号源的资用功率和混
频器输出的中频资用功率，然后求两者之比。 信号源的资用功率(Gi=Gg时)为
U I Pin Rg 8Gg
2 S
2 A
(3-24)
式中：IA是信号的电流幅值。为求得混频器输出的中频资用 功率，在中频端口使用戴维南定理，把输出端口以左的电流 等效成一个新的恒流源，如图3-8所示。
第3章 微波混频器
图 3-12
考虑寄生参数影响时计算变频损耗的电路
第3章 微波混频器
由此求得结损耗为
RS 2 Lj 10 lg(1 S C j2 RS Rj ) (dB) Rj
(3-43)
因为Rs和Rj都和本振电压有关，所以调节UL使 Rj 时， jC j 可使结损耗最小，即
G0匹 g 0
(3-35)
第3章 微波混频器
3. 镜像短路(Gi＝∞)时的净变频损耗
如果在输入端加入对镜频短路的窄带滤波器，使输入回 路对镜频呈现短路，则称为镜像短路混频器，如图3-9所示。 在镜像短路混频器中，由于镜频电流没有流过信号源内阻， 因此镜频能量没有消耗，而是被反射回混频器，所以净变频 损耗比镜像匹配时要小。将Gi＝∞代入式(3-30)～式(3-32)求 得镜像短路混频器的最小变频损耗、最佳源电导和最佳输出 电导为
2 0 2 1 2 0
(3-40) 图3-11是采用正弦电压激励时三种镜像状态的最小变频 损耗和本振电压幅值的关系曲线。由图可见，镜像开路混频 器和镜像短路混频器由于镜频能量回收，使得L开<L短<L匹。 理论上当UL趋于无穷大时，L匹趋于3 dB，说明信号功率中 有一半转换成镜频功率损耗在负载上，而L短和L开都趋于0 dB。实际上镜像短路混频器或镜像开路混频器比镜像匹配 混频器获得的变频损耗改善不可能达到3 dB，一般在0.5～2 dB之间。
(3-22)
第3章 微波混频器
式中：
2 g2 m11 g 0 g 0 Gi
g1 g 2 m12 m21 g1 g 0 Gi
(3-23)
g12 m22 g 0 g 0 Gi
于是把三端口网络简化成二端口网络，如图3-7所示。网络 参数与镜像端口的负载电导Gi有关。
(3-29)
可见，净变频损耗是信号源电导Gg与网络参数［m］的 函数。当混频器的激励状态一定时，L0随Gg变化。调整Gg可 L0 0 ，即可求得最小变频损耗及其相 使L0达到最小。令 Gg 应的最佳源电导和最佳输出电导，即
第3章 微波混频器
L0 min
(Ggopt m11 )[(m22 (m11 Gg ) m12 m21 )]
L匹 2
1 1 2 g12 g0 ( g0 g 2 ) 1 1 2 g12 g0 ( g0 g 2 )
(3-33)
第3章 微波混频器
Gg 匹
2 g12 ( g0 g2 ) 1 g0 ( g0 g2 ) 2 g12 1 g0 ( g0 g2 )
(3-34)
第3章 微波混频器
图 3-14
镜像短路(或开路)混频器噪声等效电路
第3章 微波混频器
图 3-13
二极管总变频损耗与本振激励功率的关系
第3章 微波混频器
3.2.3 输入、输出端的失配损耗
混频器输入、输出端不匹配会引起信号功率和中频功率 的损耗。假定输入端的反射系数为Γ1，电压驻波比系数为ρ1， 中频输出端反射系数为Γ2，电压驻波比为ρ2，则失配损耗为
Lr 10 lg( ) 10 lg( ) (dB) 2 2 1 1 1 2
在混频过程中产生的寄生频率都含有一部分信号功率， 如果它们消耗在电阻上，就会造成损耗，这些损耗称为净变
频损耗。计算净变频损耗时，认为混频器输入、输出端口均
已匹配，且将二极管只看做是一个受本振电压控制的时变电 导g(t)。 混频器的等效电路是一个三端口网络，净变频损耗不但 与二极管的特性有关，还与各端口的负载阻抗有关。实际应 用中，最关心的是镜像短路、镜像匹配和镜像开路这三种混 频器的净变频损耗。为普遍起见，首先讨论镜像端口负载电 导Gi为任意值时的净变频损耗，然后再讨论三种主要混频器 的净变频损耗。
2 m21Gg
1 2 [2m11m22 m12 m21 2 m11m22 (m11m22 m12 m21 )] m21
(3-30)
Ggopt Gcopt
m11 (m11m22 m12 m21 ) m22 m22 (m11m22 m12 m21 ) m11
(3-31)
(3-32)
第3章 微波混频器
图 3-8
中频输出端等效电路
第3章 微波混频器
图3-8中，Ie是恒流源电流，即输出端短路电流的幅值；
G0是恒流源的内电导，即获取的中频输出电导。当中频端 口短路时，Ie=I0，混频器的外部方程为
IS=IA－USGg U0=0
将式(3-25)和式(3-23)联立求解，得
(3-25)
第3章 微波混频器
Psa L 10 lg( ) (dB) Poa
变频损耗主要包括以下三部分： (1) 由寄生频率产生的净变频损耗L0。 (2) 由混频二极管寄生参量引起的结损耗Lj。 (3) 混频器输入/输出端的失配损耗La。
(3-19)
第3章 微波混频器
3.2.1 净变频损耗
1
1
(1 1 ) 2 (1 2 ) 2 10 lg( ) 10 lg( ) (dB) 4 1 4 2
(3-46)
第3章 微波混频器
3.3
混频器的噪声系数及其他电气指标
混频器的噪声系数(NF)定义为输入端处于标准温度(290
K)时，输入端与输出端的信噪比之比，即
Sia Nia N oa F L Soa N oa N ia
第3章 微波混频器
L短
g1 2 1 1 ( ) g0 g1 2 1 1 ( ) g0
g1 2 1 ( ) g0
(3-36)
Gg短 G0短 g 0
(3-37)
第3章 微波混频器
图 3-9 镜像短路混频器
第3章 微波混频器
4. 镜像开路(Gi＝0)时的净变频损耗
如果在混频器的输入端与二极管之间嵌入一个镜频抑制 滤波回路，则形成镜像开路，如图3-10所示。 在镜像开路混频器中，由于镜频电流Ii＝0，因此不消耗 镜频能量，而将镜频能量储存起来，在镜频抑制滤波器的两 端形成镜频电压U，U又与本振基波混频(ωL－ωi=ω0)，得到 有用的中频能量，使输出的中频功率增加。所以镜像开路混 频器具有最低的净变频损耗。 将Gi＝0代入到式(3-30)～式(3-32)，得到镜像开路混频 器的最小净变频损耗、最佳信号源电导和最佳输出电导为