第四講微波溷頻器技術(shù)指標(biāo)課件.ppt

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1、3.2　微波混頻器的小信號(hào)傳輸特性——變頻損耗微波混頻器的作用是將微波信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)，頻率變換后的能量損耗即為變頻損耗。微波混頻器的小信號(hào)傳輸特性的研究任務(wù)包括：　　(1)輸入信號(hào)功率經(jīng)過混頻器后有多少功率轉(zhuǎn)換成中頻信號(hào)功率，即變頻損耗。　　(2)當(dāng)混頻器的源電導(dǎo)Gg和輸出電導(dǎo)G0為何值時(shí)，變頻損耗最小。　　變頻損耗定義為微波信號(hào)資用功率Psa與輸出中頻資用功率Poa之比，常用分貝表示，即變頻損耗主要包括以下三部分：　　(1)由寄生頻率產(chǎn)生的凈變頻損耗L0。　　(2)由混頻二極管寄生參量引起的結(jié)損耗Lj。　(3)混頻器輸入/輸出端的失配損耗La。(3-19)

2、3.2.1　凈變頻損耗在混頻過程中產(chǎn)生的寄生頻率都含有一部分信號(hào)功率，如果它們消耗在電阻上，就會(huì)造成損耗，這些損耗稱為凈變頻損耗。計(jì)算凈變頻損耗時(shí)，認(rèn)為混頻器輸入、輸出端口均已匹配，且將二極管只看做是一個(gè)受本振電壓控制的時(shí)變電導(dǎo)g(t)。　　混頻器的等效電路是一個(gè)三端口網(wǎng)絡(luò)，凈變頻損耗不但與二極管的特性有關(guān)，還與各端口的負(fù)載阻抗有關(guān)。實(shí)際應(yīng)用中，最關(guān)心的是鏡像短路、鏡像匹配和鏡像開路這三種混頻器的凈變頻損耗。為普遍起見，首先討論鏡像端口負(fù)載電導(dǎo)Gi為任意值時(shí)的凈變頻損耗，然后再討論三種主要混頻器的凈變頻損耗。1.Gi為任意值時(shí)的凈變頻損耗混頻器的等效電路如圖3-6(b)所示

3、，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)方程式(3-16)，由鏡像端口得Ii=GiUi　　　　　　(3-20)對(duì)式(3-16)和式(3-20)聯(lián)立求解，得IS=m11US+m12U0I0=m21US+m22U0用矩陣表示為(3-21)(3-22)式中：于是把三端口網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化成二端口網(wǎng)絡(luò)，如圖3-7所示。網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與鏡像端口的負(fù)載電導(dǎo)Gi有關(guān)。(3-23)圖3-7　鏡像電導(dǎo)G為任意值時(shí)的混頻器等效電路為計(jì)算凈變頻損耗，首先應(yīng)求出信號(hào)源的資用功率和混頻器輸出的中頻資用功率，然后求兩者之比。　　信號(hào)源的資用功率(Gi=Gg時(shí))為式中：IA是信號(hào)的電流幅值。為求得混頻器輸出的中頻資用

4、功率，在中頻端口使用戴維南定理，把輸出端口以左的電流等效成一個(gè)新的恒流源，如圖3-8所示。(3-24)圖3-8　中頻輸出端等效電路圖3-8中，Ie是恒流源電流，即輸出端短路電流的幅值；G0是恒流源的內(nèi)電導(dǎo)，即獲取的中頻輸出電導(dǎo)。當(dāng)中頻端口短路時(shí)，Ie=I0，混頻器的外部方程為IS=IA－USGgU0=0將式(3-25)和式(3-23)聯(lián)立求解，得(3-25)(3-26)混頻器的中頻輸出電導(dǎo)G0是輸入端恒流源IA開路時(shí)(即IA＝0)由輸出端向左看過去的等效電導(dǎo)。當(dāng)IA＝0時(shí)，IS=－USGg，代入式(3-23)得　　于是混頻器輸出的中頻資用功率為(3-27)(3-2

5、8)因此，鏡頻端口的負(fù)載電導(dǎo)Gi為任意值時(shí)，混頻器的凈變頻損耗為　　可見，凈變頻損耗是信號(hào)源電導(dǎo)Gg與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)［m］的函數(shù)。當(dāng)混頻器的激勵(lì)狀態(tài)一定時(shí)，L0隨Gg變化。調(diào)整Gg可使L0達(dá)到最小。令　　　　，即可求得最小變頻損耗及其相應(yīng)的最佳源電導(dǎo)和最佳輸出電導(dǎo)，即(3-29)(3-30)(3-31)(3-32)2.鏡像匹配(Gi＝Gg)時(shí)的凈變頻損耗當(dāng)混頻器輸入回路的帶寬相對(duì)于中頻來說足夠?qū)挄r(shí)，輸入回路對(duì)鏡頻呈現(xiàn)的電導(dǎo)Gi和對(duì)信號(hào)頻率所呈現(xiàn)的電導(dǎo)差不多相等，即Gi＝Gg，這種情況稱為鏡像匹配。在鏡像匹配混頻器中，鏡頻電壓和鏡頻電流都不等于零。將Gi＝Gg代入式(3-31)

6、，得到鏡像匹配混頻器的最小變頻損耗、最佳源電導(dǎo)和最佳輸出電導(dǎo)為(3-33)(3-34)(3-35)3.鏡像短路(Gi＝∞)時(shí)的凈變頻損耗如果在輸入端加入對(duì)鏡頻短路的窄帶濾波器，使輸入回路對(duì)鏡頻呈現(xiàn)短路，則稱為鏡像短路混頻器，如圖3-9所示。在鏡像短路混頻器中，由于鏡頻電流沒有流過信號(hào)源內(nèi)阻，因此鏡頻能量沒有消耗，而是被反射回混頻器，所以凈變頻損耗比鏡像匹配時(shí)要小。將Gi＝∞代入式(3-30)～式(3-32)求得鏡像短路混頻器的最小變頻損耗、最佳源電導(dǎo)和最佳輸出電導(dǎo)為(3-36)(3-37)圖3-9　鏡像短路混頻器4.鏡像開路(Gi＝0)時(shí)的凈變頻損耗如果在混頻器的輸入端與二極

7、管之間嵌入一個(gè)鏡頻抑制濾波回路，則形成鏡像開路，如圖3-10所示。　　在鏡像開路混頻器中，由于鏡頻電流Ii＝0，因此不消耗鏡頻能量，而將鏡頻能量?jī)?chǔ)存起來，在鏡頻抑制濾波器的兩端形成鏡頻電壓U，U又與本振基波混頻(ωL－ωi=ω0)，得到有用的中頻能量，使輸出的中頻功率增加。所以鏡像開路混頻器具有最低的凈變頻損耗。　　將Gi＝0代入到式(3-30)～式(3-32)，得到鏡像開路混頻器的最小凈變頻損耗、最佳信號(hào)源電導(dǎo)和最佳輸出電導(dǎo)為圖3-10　鏡像開