射頻電路理論與技術(shù)Lectrue(頻率變換器)

1、第3章 微波(wib)頻率變換器 在雷達(dá)、通信及其它微波毫米波系統(tǒng)中要廣泛采用頻率變換器，它們是微波毫米波發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的重要組成部分。頻率變換器是一個(gè)廣義的稱呼，其作用是對信號(hào)的頻譜進(jìn)行“搬移”，針對特定的輸入信號(hào)按需要(xyo)產(chǎn)生頻譜變化了的輸出信號(hào)，以利于實(shí)現(xiàn)無線電發(fā)射，或者進(jìn)行進(jìn)一步的放大、解調(diào)等信號(hào)處理。從頻率變換器的功能來看，其本質(zhì)必然是非線性變換，需要(xyo)利用非線性元件。 共四十七頁固態(tài)電路中，采用(ciyng)的非線性元件一般是半導(dǎo)體二極管: 非線性電阻(dinz)二極管 肖特基勢壘二極管 非線性電容二極管 變?nèi)莨?、階躍恢復(fù)二極管等 頻譜搬移過程主要由非線性電阻完成、即

2、核心元件是非線性電阻的頻率變換器稱為“阻性變頻器” 頻譜搬移過程主要由非線性電抗完成、即核心元件是非線性電容的頻率變換器稱為“參量變頻器”。 頻率變換器按照功能還可進(jìn)一步劃分為： 下變頻器、上變頻器和倍頻器微波頻率變換器3.1 概述 共四十七頁包含一個(gè)或多個(gè)非線性元件的網(wǎng)絡(luò)微波下變頻器的組成微波(wib)頻率變換器本地(bnd)振蕩信號(hào) 中頻信號(hào) 微波下變頻一般采用阻性變頻器工作頻帶可作得很寬，可達(dá)幾個(gè)甚至幾十個(gè)倍頻程，而且動(dòng)態(tài)范圍比較大，總噪聲系數(shù)可以作得相當(dāng)?shù)?包含一個(gè)或多個(gè)非線性元件的網(wǎng)絡(luò)微波上變頻器的組成泵浦信號(hào) 和頻信號(hào) 微波上變頻一般采用參量變頻器它變頻效率高、絕對穩(wěn)定。 共四十七

3、頁微波(wib)頻率變換器包含一個(gè)或多個(gè)非線性元件的網(wǎng)絡(luò)微波倍頻器的組成 微波倍頻器也是微波毫米波系統(tǒng)中常用的部件，在一些微波設(shè)備中，例如頻率合成器和微波倍頻鏈中，它更是不可(bk)缺少的關(guān)鍵部件之一。 稱為倍頻次數(shù) 原則上，各種半導(dǎo)體元件只要具有非線性，都可以用來構(gòu)成倍頻器。 實(shí)際上，最常用的是變?nèi)莨鼙额l器和階躍管倍頻器。變?nèi)莨鼙额l器適用于低次倍頻，其效率較高，如果忽略損耗電阻等寄生參量的影響，效率甚至可以達(dá)到100；而階躍管倍頻器多用在高次倍頻場合，其結(jié)構(gòu)相對簡單，倍頻次數(shù)可達(dá)100以上。 本章將討論變?nèi)莨鼙额l器和階躍管倍頻器的性能及電路結(jié)構(gòu)。 共四十七頁微波(wib)頻率變換器3.2 非

4、線性電阻(dinz)微波混頻器 非線性電阻微波混頻器的核心元件是肖特基勢壘二極管。常見的非線性電阻微波混頻器的基本電路有三種類型：單端混頻器采用一個(gè)混頻二極管，是最簡單的微波混頻器；單平衡混頻器采用兩個(gè)混頻二極管；雙平衡混頻器采用四個(gè)二極管。 本節(jié)將以元件的特性為基礎(chǔ)，分析非線性電阻微波混頻器的工作原理及性能指標(biāo)，包括電路時(shí)頻域關(guān)系、功率關(guān)系、變頻損耗、噪聲特性，并給出各種非線性電阻微波混頻器的電路實(shí)現(xiàn)（微帶電路結(jié)構(gòu)）等。 共四十七頁微波(wib)頻率變換器3.2.1 電路工作(gngzu)原理與時(shí)頻域關(guān)系 微波混頻器只采用一個(gè)肖特基勢壘混頻二極管，稱為單端混頻器 是信號(hào)源內(nèi)阻抗，是本振源內(nèi)阻

5、抗，表示輸出負(fù)載阻抗，為直流偏壓 共四十七頁微波(wib)頻率變換器1. 輸出(shch)電流頻譜（設(shè) ） 先假設(shè) 、 和 均被短路;負(fù)載電壓（輸出電壓） 加于二極管兩端的電壓為信號(hào)電壓、本振電壓及直流偏壓（或零偏壓）之和 肖特基勢壘二極管的特性可以表示為: 二極管電流為 : （1）小信號(hào)情況 信號(hào)電壓幅度遠(yuǎn)小于本振電壓幅度 ,按臺(tái)勞級(jí)數(shù)在 處展開為: 共四十七頁微波(wib)頻率變換器由于信號(hào)電壓的幅度(fd)很小，可將 以上的各高次項(xiàng)忽略不計(jì) 二極管的時(shí)變電導(dǎo) 假設(shè)混頻二極管對所有本振諧波電壓都是短路的，僅由正弦本振電壓決定 是僅加直流及本振電壓時(shí)的二極管電流 和 都是本振頻率 的周期函數(shù)

6、,利用傅立葉級(jí)數(shù)展開 共四十七頁微波(wib)頻率變換器 根據(jù)第二章第二節(jié)混頻(hn pn)二極管的交流激勵(lì)特性可知（忽略反向飽和電流）： （本振電流） （信號(hào)基波電流） （輸出中頻電流） 共四十七頁微波(wib)頻率變換器（高次差頻電流(dinli)） （各次和頻電流） 混頻電流的主要頻譜 頻率稱為和頻， 除稱為中頻外還稱為差頻， 稱為鏡像頻率。 共四十七頁微波(wib)頻率變換器得出以下基本(jbn)結(jié)論: 在非線性電阻混頻過程中產(chǎn)生了無數(shù)的組合分量，其中包 含有中頻分量，能夠?qū)崿F(xiàn)混頻功能。可用中頻帶通濾波器 取出所需的中頻分量而將其它組合頻率濾掉。 中頻電流的振幅為 .它與輸入信號(hào)振幅成

7、正比 例。混頻器輸入端與輸出端分量振幅之間具有線性關(guān)系, 這一點(diǎn)對信號(hào)接收時(shí)的保真無疑是非常有意義的。 由于本振信號(hào)是強(qiáng)信號(hào)，在混頻過程中它通過二極管的非 線性作用而產(chǎn)生了無數(shù)的諧波，每一個(gè)諧波都包含了部分 有用的信號(hào)功率，是對信號(hào)功率的浪費(fèi)，應(yīng)該采取措施加 以回收利用，以提高從信號(hào)變換為中頻的變換效率。但各 諧波功率大約隨 變化，因此混頻產(chǎn)物電路的組合分量 強(qiáng)度隨增加而很快減小。通常只有本振基波和二次諧波 等分量才足夠強(qiáng)，對混頻變換效率產(chǎn)生較大影響。 共四十七頁微波(wib)頻率變換器（2）大信號(hào)(xnho)情況 如果混頻器的輸入信號(hào)是強(qiáng)信號(hào)（但可認(rèn)為信號(hào)電壓幅度仍遠(yuǎn)小于本振電壓幅度），不能

8、忽略 以上的各高次項(xiàng)。此時(shí)信號(hào)也將產(chǎn)生各次諧波，混頻產(chǎn)物電流的頻譜分量將大為增加。 為使問題分析及表達(dá)簡潔，可以借助歐拉公式把上述各三角函數(shù)表示為指數(shù)形式: 如果定義 ，則有： 從而，傅立葉展開的g(t)可以寫為： 共四十七頁微波(wib)頻率變換器信號(hào)(xnho)電壓及其各次冪同樣可以寫成： 表示為： 混頻輸出電流的一般表達(dá)式 共四十七頁微波(wib)頻率變換器大信號(hào)下混頻的基本(jbn)結(jié)論： 在非線性電阻混頻過程中產(chǎn)生了信號(hào)和本振所有可能的各次 諧波組合分量，比小信號(hào)時(shí)豐富得多。其中包含有中頻分量， 能夠?qū)崿F(xiàn)混頻功能?？捎弥蓄l帶通濾波器取出所需的中頻分 量而將其它組合頻率濾掉。 二極管電

9、流中包含中頻分量為： 其振幅可計(jì)算出為： 中頻電流振幅不再與輸入信號(hào)振幅成線性關(guān)系，將產(chǎn)生非線性失真。 由于信號(hào)也產(chǎn)生各次諧波，將有可能在輸出端產(chǎn)生組合干擾。共四十七頁微波(wib)頻率變換器2. 電路(dinl)時(shí)域與頻域關(guān)系 實(shí)際中電路中加在二極管兩端的電壓就不再僅是信號(hào)電壓、本振電壓及直流偏壓，而是包含了各電阻的壓降在內(nèi)。 假設(shè)輸入信號(hào)滿足小信號(hào)條件，這時(shí)混頻器對輸入信號(hào)來說是線性的，這種電路網(wǎng)絡(luò)稱為“線性周期時(shí)變電阻網(wǎng)絡(luò)”。 小信號(hào)條件下混頻二極管的電流由兩部分構(gòu)成： (1)由直流及本振電壓激勵(lì)起的 部分； (2)由加在二極管兩端的其它壓降 激勵(lì)起的電流，記為 ， 當(dāng)假設(shè)電路中各電阻均

10、短路時(shí)， 僅由 構(gòu)成，即： 設(shè)輸入信號(hào)是復(fù)信號(hào)，即：共四十七頁微波(wib)頻率變換器以 帶入上式，并且(bngqi)令 ，可得： 可把電流分量的頻率記為 ，當(dāng) 為正時(shí)， ， 為負(fù)時(shí)， ，信號(hào)頻率 ，中頻頻率 ，鏡像頻率 。 在電路中加入各電阻，電流 的各個(gè)分量流過這些電阻，將在這些電阻兩端產(chǎn)生電壓降，這些電壓降將連 同一起加在二極管上，即這時(shí)的 將不再僅含有 部分。 由于這些電阻都是線性電阻， 流過它們只能產(chǎn)生與 具有相同頻譜成分的電壓，不會(huì)增加新的頻譜分量，已有的頻譜分量也不會(huì)減少。 共四十七頁微波(wib)頻率變換器二極管兩端的總電壓 變化(binhu)可表示為 簡化描述公式 稱為小信號(hào)

11、混頻器的時(shí)域方程 周期時(shí)變電導(dǎo)一端口網(wǎng)絡(luò)代表了一個(gè)線性周期時(shí)變電導(dǎo)一端口網(wǎng)絡(luò) 共四十七頁微波(wib)頻率變換器時(shí)變網(wǎng)絡(luò)(wnglu)的頻域關(guān)系: 令 給定不同的 m 值，將上式展開，可得到無限多個(gè)線性方程，可將它們表示成矩陣形式： 共四十七頁微波(wib)頻率變換器 表明包含非線性元件的物理單端口網(wǎng)絡(luò)在頻域上是一個(gè)具有無窮多個(gè)頻率及端口的線性網(wǎng)絡(luò)，該多頻多端口網(wǎng)絡(luò)既反映了混頻器的非線性頻率變換作用，又給出了頻率變換后的各小信號(hào)成分幅度之間的線性關(guān)系。 該網(wǎng)絡(luò)的變換矩陣 僅由二極管特性(txng)和二極管的直流、本振激勵(lì)條件決定，而與電路中小信號(hào)成分（ 、 ）的幅度大小無關(guān)。也就是說，直流偏置

12、與本振激勵(lì)的作用是使混頻二極管體現(xiàn)出混頻所需的非線性電導(dǎo)（電阻）特性 ，在此基礎(chǔ)上，對加在二極管上的任何輸入信號(hào) 及由 導(dǎo)致的 產(chǎn)生非線性混頻作用，產(chǎn)生中頻輸出。 共四十七頁微波(wib)頻率變換器 顯然 和 表示(biosh)信號(hào)頻率 的電流、電壓復(fù)振幅 和 ； 和 表示(biosh)中頻頻率 的電流、電壓復(fù)振幅 和 ；而 和 表示(biosh)負(fù)鏡像頻率 的電流、電壓復(fù)振幅，在復(fù)信號(hào)表示系統(tǒng)中，它們與正鏡像頻率電流、電壓復(fù)振幅是互為共軛的，即 ， 。 直流和本振的作用由于已體現(xiàn)為使混頻二極管呈現(xiàn)非線性電導(dǎo)（電阻）特性 ，故不再存在直流和本振端口。 3混頻二極管非線性結(jié)電容 的非線性變頻效應(yīng)

13、 實(shí)際上寄生參量 , 對于混頻必然是有影響的，尤其是非線性結(jié)電容 的變頻效應(yīng)。 與 特性的變頻原理類似，該 特性也會(huì)產(chǎn)生 的各組合頻率成分，但是應(yīng)根據(jù)電容 求出流過電容的電流。 共四十七頁微波(wib)頻率變換器 假設(shè)混頻器工作在小信號(hào)(xnho)下，認(rèn)為二極管工作點(diǎn)隨本振大信號(hào)(xnho)電壓而變化，然后在工作點(diǎn)展開為臺(tái)勞級(jí)數(shù)，可求得二極管勢壘電容儲(chǔ)存電荷的瞬時(shí)值為： 展開式中第一項(xiàng)包含直流項(xiàng)和本振基波及其諧波項(xiàng)，相應(yīng)的容性電流為： 稱為時(shí)變電容，反映當(dāng)本振電壓隨時(shí)間作周期性變化時(shí)，瞬時(shí)電容也隨時(shí)間作周期變化。 共四十七頁微波(wib)頻率變換器混頻器工作在小信號(hào)下，可忽略 以上(yshng

14、)各項(xiàng)，考慮到： 流過電容的這部分容性電流為： 必須考慮其非線性變頻效應(yīng) 可求得非線性電容具有的時(shí)域、頻域關(guān)系 由于二極管肖特基結(jié)的非線性特性，即使外加正弦本振電壓，二極管的結(jié)電壓和結(jié)電流波形也不是正弦的，該波形還受到二極管寄生參量、封裝參量及外電路阻抗的影響。嚴(yán)格的理論分析應(yīng)首先求出二極管上實(shí)際結(jié)電壓（結(jié)電流）波形，在此基礎(chǔ)上求出時(shí)變電導(dǎo)和時(shí)變電容、及它們的各次諧波分量幅度，這種分析稱為混頻器的“非線性分析”。 共四十七頁微波(wib)頻率變換器3.2.2 電路(dinl)功率關(guān)系與變頻損耗 混頻器的變頻損耗 一般可定義為： 它表示混頻器中任意邊帶頻率 到另一邊帶頻率 之間的變頻損耗， 和

15、分別表示這兩個(gè)頻率上的資用功率。 由于一般只關(guān)注輸出中頻的情況，可把混頻器的變頻損耗定義限定為： 和 分別為從信號(hào)源和中頻輸出端得到的資用功率。 1混頻器的功率關(guān)系 二極管這一非線性電阻中的瞬時(shí)功率可表示為： 共四十七頁微波(wib)頻率變換器平均功率一般(ybn)可表示為： 當(dāng) 時(shí)，積分項(xiàng)為1，當(dāng) 時(shí)，積分項(xiàng)為0對于阻性二極管來說， 是時(shí)間的實(shí)函數(shù)，而且對所有的時(shí)間來說 ，則可見 為實(shí)數(shù)，而且恒有 。 考慮到只有信號(hào)源對時(shí)變電阻 饋給功率，故 （信號(hào)頻率上進(jìn)入的功率）是正的，而在其它頻率 （ ）上均吸收功率，因而它們的功率 均為負(fù)值。共四十七頁微波(wib)頻率變換器 可得出結(jié)論：對于非負(fù)的

16、時(shí)變電阻 和時(shí)變電導(dǎo)(din do) 來說，混頻器中所有混頻產(chǎn)物所得到的總功率不大于信號(hào)源所供給的信號(hào)功率。 變頻損耗不可能小于1，即不可能有變頻增益，因而我們所討論的線性周期時(shí)變電阻網(wǎng)絡(luò)是無源的。由于其無源性，因而它是絕對穩(wěn)定的，即在任何終端負(fù)載和本振條件下都不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。 在無窮多個(gè)混頻產(chǎn)物頻率中，我們一般僅需要輸出一種頻率成分，即中頻。那些不需要輸出的混頻產(chǎn)物（稱為帶外閑頻）在相應(yīng)頻率的端口阻抗上造成功率損耗，如果能使混頻器對這些無用邊帶頻率造成特殊的終端條件，則可減少有用功率的浪費(fèi)，減小變頻損耗。 相當(dāng)于在頻率為 的端口上分別具有短路、開路和電抗終端 共四十七頁微波(wib)頻率變

17、換器2Y混頻器及其變頻(bin pn)損耗 在各種減小變頻損耗的措施中，如果采取的是對所有帶外閑頻 （ ）提供短路終端，構(gòu)成的混頻器稱為Y混頻器。Y混頻器電路原理圖 所有帶外閑頻 （ ）都是嚴(yán)重失諧而呈現(xiàn)近似短路的終端阻抗。相當(dāng)于前面線性分析中加在混頻二極管上的電壓只有三個(gè)：信號(hào)電壓、鏡頻電壓和中頻電壓，因此混頻器是三端口網(wǎng)絡(luò)。共四十七頁微波(wib)頻率變換器Y混頻器的電路方程(fngchng)表示為： 或 由于 表示時(shí)變電導(dǎo) 各分量的復(fù)振幅，表示導(dǎo)納，因而 矩陣是Y矩陣（導(dǎo)納矩陣），故把這種混頻器稱為Y混頻器。 以Y混頻器為例來具體分析變頻損耗。假設(shè)本振電壓的初相 Y混頻器的矩陣方程式為：

18、 共四十七頁微波(wib)頻率變換器 由于Y混頻器除信號(hào)端口和中頻端口之外，還有一個(gè)鏡頻端口。混頻產(chǎn)生的鏡像頻率同樣包含有信號(hào)的有用功率，也會(huì)造成變頻損耗的降低，因此必須對鏡頻端口進(jìn)一步施加特殊的終端條件，以利于回收(hushu)鏡像頻率混頻產(chǎn)物中包含的有用信號(hào)功率，進(jìn)一步降低變頻損耗。 Y混頻器按照對于鏡頻端口采取措施與否及采取措施的不同，又可以分為三種類型：鏡像匹配、鏡像短路和鏡像開路，這三種鏡像終端由于終端條件不同會(huì)有不同的變頻損耗性能，為獲得最佳變頻損耗，對信號(hào)源電阻和負(fù)載電阻的要求也不同。 （1）鏡像匹配情況 鏡頻距離信號(hào)頻率僅有二倍中頻 從二極管向外電路看去，信號(hào)輸入回路對鏡頻的阻

19、抗與對信號(hào)頻率的阻抗近似相等，這種混頻器稱為“鏡像匹配混頻器”。 共四十七頁微波(wib)頻率變換器輸出(shch)電導(dǎo) 一般混頻器等效電路 變頻損耗 最佳變頻損耗 與最佳信號(hào)源電導(dǎo) 及輸出電導(dǎo) 當(dāng) 時(shí)， ，這意味著在極限本振激勵(lì)下，信號(hào)輸入功率僅有一半變換為有用的中頻功率，而另一半會(huì)變成鏡像功率在信號(hào)源內(nèi)導(dǎo)上消耗掉。 共四十七頁微波(wib)頻率變換器變頻損耗與本振電壓和鏡像終端類型(lixng)的關(guān)系 歸一化最佳電導(dǎo)與本振電壓和鏡像終端類型的關(guān)系 共四十七頁微波(wib)頻率變換器（2）鏡像短路(dunl)情況 如果信號(hào)和本振輸入回路 和 都是窄帶的，對鏡像頻率它們具有很低的阻抗，可以使得

20、鏡像電壓 但鏡像電流 ，就會(huì)出現(xiàn)“鏡像短路”情況。 加有鏡像短路濾波器的混頻器 在實(shí)際電路中，一般是采用“嵌入”鏡像濾波器的辦法來構(gòu)造鏡像短路，這種電路不要求輸入回路具有能區(qū)分信號(hào)頻率和鏡像頻率的窄帶特性，鏡像短路由專門的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。 電路在二極管輸入口并聯(lián)一個(gè)窄帶的串聯(lián)諧振回路，諧振于鏡像頻率，根據(jù)串聯(lián)諧振的特性，該回路對鏡像頻率提供近似短路的低阻抗，但對信號(hào)頻率提供高阻抗，因此該回路對信號(hào)功率損耗很小共四十七頁微波(wib)頻率變換器 當(dāng) 時(shí)， ，這是因?yàn)樵阽R像短路情況下，包括鏡頻在內(nèi)的所有高次閑頻分量均被短路而沒有功率損耗(snho)，故在極限本振激勵(lì)下，所有信號(hào)輸入功率都可變成中頻功率

21、。當(dāng)然，實(shí)際混頻器本振激勵(lì)是有限的，變頻損耗總是大于1，是有耗的。 （3）鏡像開路情況 如果在混頻器輸入端與二極管之間嵌入一個(gè)鏡像頻率的并聯(lián)諧振回路，它將在鏡像頻率上呈現(xiàn)高阻抗，使得鏡像電壓 但鏡像電流 ，就會(huì)出現(xiàn)“鏡像開路”情況。 在鏡頻諧振回路兩端的鏡像電壓將又加在二極管上，并與本振再次混頻產(chǎn)生中頻，又得到有用的中頻能量。因此，這里鏡像頻率的并聯(lián)諧振回路相當(dāng)于鏡頻的能量存儲(chǔ)器，并最終把鏡頻能量再轉(zhuǎn)化為中頻能量. 共四十七頁微波(wib)頻率變換器加有鏡像開路(kil)濾波器的混頻器 當(dāng) 時(shí), 綜合三種類型鏡像終端Y混頻器的性能，可以得出一些重要結(jié)論： 在同樣的本振激勵(lì)功率下， 鏡像開路的變

22、頻損耗最小， 而鏡像匹配的損耗最大。鏡像開路混頻器所要求的最佳信號(hào)源 電導(dǎo)比鏡像短路混頻器的小的多，如果給定的信號(hào)源電阻較低 （約幾十歐），那么鏡像短路混頻器比較容易與信號(hào)源匹配， 實(shí)際上所得性能并不比鏡像開路混頻器差。 鏡像匹配混頻器是寬帶混頻器，它具有存在于本振頻率兩側(cè)的 信號(hào)及鏡頻通道，是雙通道混頻器，如果在信號(hào)輸入端存在一 個(gè)頻率等于鏡像頻率的外來干擾信號(hào)，能夠在中頻輸出端造成 中頻干擾，使混頻器性能變壞。 共四十七頁微波(wib)頻率變換器 鏡像短路與開路混頻器是窄帶(zhi di)混頻器，只在本振頻率一側(cè)存在 信號(hào)通道，是單通道混頻器，如果在信號(hào)輸入端存在一個(gè)頻率 等于鏡像頻率的外

23、來干擾信號(hào)，它也會(huì)被輸入回路中的鏡像抑 制濾波器（短路或開路）所抑制，不能通過混頻器產(chǎn)生輸出。 常用鏡像匹配混頻器來接收寬帶信號(hào)或調(diào)制產(chǎn)生的雙邊帶信號(hào)， 這時(shí)雖然每個(gè)通道的變頻損耗較大，但中頻功率可以是兩個(gè)通 道之和，這樣總變頻損耗并不會(huì)惡化太多；而用鏡像開路或短 路混頻器來接收窄帶或單邊帶信號(hào)。如果必須用鏡像匹配混頻 器來接收窄帶信號(hào)，就必須盡可能“抑制”或“關(guān)閉”鏡像通道以 減小中頻干擾。 混頻器對本振源的輸入電導(dǎo) 與混頻器最佳信號(hào)源電導(dǎo) 數(shù) 值相近，即混頻器與本振源電導(dǎo) 匹配得到的性能與最佳性能 相近。因此實(shí)際設(shè)計(jì)寬帶混頻器時(shí)，常用 來估計(jì) ，這給 寬帶混頻器的設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)和方便。 共

24、四十七頁微波(wib)頻率變換器3二極管寄生參量對變頻損耗(snho)的影響 二極管寄生參量 , 對高頻信號(hào)和中頻信號(hào)都要起分流和分壓作用，因此在理想混頻器的輸入和輸出端都應(yīng)接上并聯(lián)電容和串聯(lián)電阻。 實(shí)際混頻器的變頻損耗為： 共四十七頁微波(wib)頻率變換器 如果(rgu)考慮二極管的寄生參量在內(nèi)，總的變頻損耗隨本振電壓幅度變化的趨勢就不再是單調(diào)變化，當(dāng)本振電壓幅度在某個(gè)數(shù)值范圍內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)變頻損耗最小值。因此變頻損耗的最佳值不僅受信號(hào)源內(nèi)阻的影響，還會(huì)受到本振激勵(lì)電壓的影響。 一般來說，為使寄生參量造成的附加損耗小，應(yīng)使 和 本身的值較小，而且混頻二極管的截止頻率應(yīng)滿足 。 在實(shí)際電路中

25、，混頻器的損耗還要包括輸入和輸出端的失配損耗，及混頻器電路其它元件的損耗，這些損耗是實(shí)際設(shè)計(jì)混頻器必須考慮的，實(shí)際得到的混頻器變頻損耗要比理論計(jì)算的高。 共四十七頁微波(wib)頻率變換器3.2.3 噪聲(zoshng)特性 混頻器的噪聲特性主要用“噪聲系數(shù)”和“噪聲比”來描述。針對混頻器輸出的核心變頻產(chǎn)物-中頻，混頻器的噪聲系數(shù)可定義為： 為混頻器的變頻損耗; 分別為混頻器輸入和輸出的噪聲資用功率。 一般把混頻器的總輸出噪聲等效為溫度 的電阻所產(chǎn)生的熱噪聲，稱為混頻器的等效噪聲溫度，并可定義混頻器的噪聲比 為： 為標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度，一般取常溫290K。 共四十七頁微波(wib)頻率變換器 混頻器

26、的噪聲系數(shù)及噪聲比與混頻器的電路(dinl)結(jié)構(gòu)（單或雙通道）及信號(hào)頻譜寬度（單或雙邊帶）有關(guān)。 1鏡像開路和短路混頻器的噪聲系數(shù) 這時(shí)混頻器是單通道的，它是二端口有耗網(wǎng)絡(luò)，其噪聲等效電路為： 混頻器的輸出噪聲由兩部分構(gòu)成：一部分是輸入噪聲經(jīng)過混頻器衰減后的噪聲輸出功率，另一部分是混頻器內(nèi)部噪聲產(chǎn)生的輸出功率。 下標(biāo)“1”表示單通道混頻器。將噪聲系數(shù)用變頻損耗和噪聲比表示，可得： 混頻器的噪聲系數(shù)近似等于變頻損耗，要獲得低噪聲系數(shù)，必須使混頻器的變頻損耗盡可能低，兩者是一致的。 共四十七頁微波(wib)頻率變換器2鏡像匹配(ppi)混頻器的噪聲系數(shù) 這時(shí)混頻器是雙通道的，它是三端口有耗網(wǎng)絡(luò)。對

27、于這種雙通道混頻器，當(dāng)信號(hào)的邊帶結(jié)構(gòu)不同時(shí)，如單邊帶（SSB）信號(hào)或雙邊帶（DSB）信號(hào)，其噪聲系數(shù)及噪聲比是不同的，必須分別討論。 （1）單邊帶信號(hào)情況 這時(shí)信號(hào)功率僅存在于信號(hào)通道，鏡像通道沒有信號(hào)，但由于鏡像通道也存在熱噪聲，因此將會(huì)有兩個(gè)通道的噪聲通過混頻產(chǎn)生中頻噪聲輸出，其噪聲性能將變壞。 這時(shí)噪聲系數(shù)和噪聲比為： 共四十七頁微波(wib)頻率變換器（2）雙邊(shungbin)帶信號(hào)情況 信號(hào)和鏡像通道都存在信號(hào)功率，因此輸出中頻功率 ，而輸出的總中頻噪聲資用功率仍為 ，故輸出中頻的信噪比比單邊帶信號(hào)情況增加一倍；而輸入信噪比這時(shí)并沒有改變。噪聲系數(shù)為: 如果用雙通道混頻器來接收“

28、單邊帶”信號(hào)時(shí)，由于噪聲輸出是雙通道的，而信號(hào)是單通道的，噪聲系數(shù)要增大一倍，或者說輸出信噪比變壞3dB。為了降低混頻器的噪聲系數(shù)以改善靈敏度，應(yīng)將鏡像通道抑制，這樣對信號(hào)傳輸無影響，但可將噪聲削弱3dB。 共四十七頁微波(wib)頻率變換器3混頻器-中放組件(z jin)的噪聲系數(shù) 在外差式微波接收機(jī)中，一般采用混頻器-中頻放大器組件作為接收前端。由于阻性混頻器本身沒有增益，其后面中頻放大器的噪聲影響不能忽略。因此，以混頻器作前端器件的整機(jī)噪聲系數(shù)取決于混頻器-中放組件的總和噪聲系數(shù)。 總噪聲系數(shù) 對于單通道混頻器，因 若 ，可得： 對于雙通道混頻器接收單邊帶信號(hào)情況: 對于雙通道混頻器接收

29、雙邊帶信號(hào)情況: 共四十七頁微波(wib)頻率變換器由于理論(lln)上 ，因此理想的鏡像短路（開路）混頻器及低噪聲中放應(yīng)獲得較小的整機(jī)噪聲系數(shù)。 從以上的分析可見，要獲得低噪聲，必須降低變頻損耗、二極管的噪聲比以及中頻放大器的噪聲系數(shù)。在一定的噪聲比和中頻放大器的噪聲系數(shù)下，降低是獲得低噪聲系數(shù)的關(guān)鍵。因此低噪聲混頻器必須具有低損耗。 4本振源引入的噪聲 在計(jì)算噪聲系數(shù)和噪聲比時(shí)，除混頻二極管本身產(chǎn)生噪聲外，僅考慮了信號(hào)源部分的噪聲輸入在中頻端造成的噪聲輸出。實(shí)際上，本陣源也會(huì)有噪聲，并會(huì)將其噪聲引入混頻過程，對混頻造成影響。 由于本振源諧振濾波器的作用，噪聲頻譜包絡(luò)與諧振器的頻率特性相同。 共四十七頁微波(wib)頻率變換器本振源輸出(shch)噪聲頻譜 本振源有效噪聲頻譜 在微波波段，噪聲系數(shù)增加大