第一章微波溷頻器ppt課件.ppt

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1、第一章微波混頻器MicrowaveMixer1.1引言Introduction實(shí)現(xiàn)頻率變換必須有非線性器件，混頻器即是通過非線性器件產(chǎn)生輸入信號頻率和本振信號頻率的組合頻率分量，通過濾波器獲得所需要的頻率的信號注意：線性器件無法完成頻率變換非線性器件有：二極管、三極管、場效應(yīng)管等輸入信號非線性器件輸出信號濾波器本振收信混頻器：由于信號功率很小，因此要求低噪聲。（一般采用二極管混頻器，有點(diǎn)接觸二極管和肖特基二極管）發(fā)信混頻器：由于效率很重要，因此要求低變頻損耗。（有時(shí)采用變?nèi)荻O管）1.2金屬-半導(dǎo)體二極管1.2.

2、1結(jié)構(gòu)及工作原理金(電極)鉬外延層襯底金(電極)工作原理逸出功：使電子的成為核外靜止電子所需做的功不同金屬和半導(dǎo)體的逸出功不同，鉬的逸出功較N型砷化鎵的逸出功大，接觸以后電子將從N型砷化鎵向金屬鉬中擴(kuò)散，造成正負(fù)電荷中，形成內(nèi)建電場，內(nèi)建電場將阻止擴(kuò)散內(nèi)建電場金屬N型半導(dǎo)體擴(kuò)散電流漂移電流接觸勢壘：當(dāng)內(nèi)建內(nèi)建電場與擴(kuò)散力平衡時(shí)，宏觀的載流子擴(kuò)散結(jié)束，這時(shí)由于電荷堆積而形成一個勢壘，該勢壘就叫做接觸勢壘肖特基二極管的單向?qū)щ娦哉驅(qū)ǚ聪蚪刂箽W姆接觸歐姆接觸金屬N型半導(dǎo)體歐姆接觸歐姆接觸金屬N型半導(dǎo)體1.2.2二極

3、管的特性1.伏安特性反向飽和電流波爾茲曼常數(shù)絕對溫度加在二極管兩端的電壓電子電荷斜率參量取決于制造工藝?yán)硐胄ぬ鼗鶆輭疽话闱闆r室溫下2.等效電路管芯引線電感管殼電容(1)結(jié)電容載流子濃度半導(dǎo)體介電常數(shù)內(nèi)建電位差外加電壓結(jié)面積結(jié)電容是寄生參量，過大對非線性電阻的旁路作用太大，影響混頻效率，過小，結(jié)面積太小，使串聯(lián)電阻增大，對混頻器的噪聲性能有影響(2)結(jié)電阻結(jié)電阻反映勢壘的導(dǎo)電能力，與勢壘兩邊外加電壓有密切關(guān)系，是一個非線性電阻結(jié)電阻直接與混頻性能有關(guān)，要求二極管有較顯著的非線性，其值相對結(jié)電容的容抗小，以減小結(jié)電容

4、的旁路作用(3)串聯(lián)電阻串聯(lián)電阻包括二極管材料的體電阻、歐姆接觸電阻、引線的電阻等。該電阻對結(jié)電阻有分壓作用，而且是噪聲源。其值取決于半導(dǎo)體材料的性質(zhì)，外延層的厚度，結(jié)面積的大小和歐姆接觸電阻的好壞，一般為幾歐姆，接觸電阻的存在使混頻器性能降低，要近來小。(4)引線電感為封裝參數(shù)，取決于引線的形狀，通常為幾毫微亨(5)管殼電容包括引線的分布電容、兩極之間的雜散電容和管殼的雜散電容，通常為零點(diǎn)幾皮法。(6)截止頻率定義為二極管的結(jié)電容容抗和串聯(lián)電阻相等時(shí)的頻率為零偏壓時(shí)的結(jié)電容(7)擊穿電壓(8)噪聲比定義：二極管

5、總的噪聲功率與其等效電阻產(chǎn)生的熱噪聲的資用功率之比二極管的噪聲源包括：熱噪聲、散彈噪聲和閃爍噪聲，閃爍噪聲又叫1/f噪聲，在幾十MHz以上可以忽略，故在微波頻率僅考慮熱噪聲和散彈噪聲。散彈噪聲：來源于載流子運(yùn)動的起伏，和二極管電流有關(guān)（載流子對原子核的碰撞），溫度一定的二極管的散彈噪聲可用一個與并聯(lián)的電流源來表示，此電流源的均方電流為產(chǎn)生散彈噪聲的電流，包括反向飽和電流和抵消反向飽和電流的正向電流考慮熱噪聲：來源于串聯(lián)電阻，它產(chǎn)生的熱噪聲資用功率為熱噪聲和散彈噪聲串聯(lián)組合起來，依噪聲定理，則總的資用噪聲功率為二極

6、管的等效電阻為，其所輸出的熱噪聲的資用功率為則噪聲溫度比為若很小，即且則3.表面勢壘二極管的特點(diǎn)與點(diǎn)接觸二極管相比，可靠性高，承受功率大與PN結(jié)二極管相比，是依靠多數(shù)載流子（電子）導(dǎo)電工作的器件，故消除了少數(shù)載流子復(fù)合時(shí)間及少數(shù)載流子存儲所引起的擴(kuò)散電容，因此它有良好的高頻特性及開關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)。1.3微波混頻器的原理和特性1.3.1原理忽略寄生參量，只記非線性電阻通常取一階近似為瞬時(shí)電導(dǎo)當(dāng)本振電壓為周期性余弦信號時(shí)，均為周期函數(shù)周期函數(shù)可以展開為傅立葉級數(shù)流過二極管的總電流為第一項(xiàng)為與信號無關(guān)（只與本振有關(guān)）的

7、大信號項(xiàng)，它決定了混頻器的工作狀態(tài)，第二項(xiàng)為小信號項(xiàng)（與本振和信號均相關(guān)），決定混頻器的頻率變換和功率變換等，由此可見，在非線性混頻過程中，產(chǎn)生了無窮多個新的不同頻率的電流。注意：這個頻率由本振的二次諧波產(chǎn)生，有足夠的功率分量，另外即這個頻率與信號頻率關(guān)于本振頻率有鏡像關(guān)系，因此將其叫做鏡像頻率這個頻率是有非線性產(chǎn)生的與信號頻率最近的頻率，與信號頻率相差二倍的中頻，因此很容易落入信號通帶內(nèi)，消耗在信號源內(nèi)阻上從信號口輸入該頻率的信號時(shí)，也可以通過混頻器混頻進(jìn)入中頻通道，造成干擾——鏡頻干擾對這個頻率要引起足夠重視

8、考慮混頻后產(chǎn)生的中頻電壓、鏡頻電壓反作用于混頻管上，故這時(shí)加上混頻管上的電壓有：信號電壓、本振電壓、中頻電壓和鏡頻電壓本振信號中頻鏡頻則流過二極管的電流為由上式中提取處中頻、鏡頻及信號頻率的幅度如果假設(shè)則由上式可以畫出混頻器的等效電路為如果假設(shè)則網(wǎng)絡(luò)參量可以由二極管的伏安特性求出表面勢壘二極管的VA特性為設(shè)上式展開為傅立葉級數(shù)，展開系數(shù)為為以x為自變量的第一類變態(tài)貝塞爾函