第12章_微波混频器设计.pptVIP

第12章 微波混频器 微波混频器概述 混频器是微波集成电路收/发系统中必不可少的部件。 无论是微波通信、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或将中频信号调制到射频载波进行发射。 混频器必须有三个组成部分：本地振荡器（泵源）、一个或多个非线性器件、滤波器。 微波混频器分类 按非线性器件的不同性质分类：有源和无源混频器。 有源混频器：采用晶体管或场效应管作为非线性器件的混频器。 优点：有混频增益（最大优点）、端口间固有隔离、本振激励功率低、输出压缩点高、动态范围大、伏安特性曲线为平方律、交调干扰小、输入阻抗高、抗镜频干扰能力强。 缺点：噪声较高，电路复杂，需要直流偏置，设计理论比较复杂。 微波混频器分类 无源混频器：采用二极管作为非线性器件的混频器。 “阻性”混频器：混频过程主要由非线性电阻完成。 “参量”混频器：混频过程主要由非线性电容完成。 优点：灵敏度高、结构简单、便于集成化、工作稳定、工作频带宽、动态范围大。 缺点：有一定的混频损耗。 微波混频器概述 混频器研究热点：微波混频器的性能和可靠性对系统影响也很大，因而研究性能优良的微波混频器是改善系统性能、提高系统应用能力的重要方面，多年来一直是研究的热点。 混频器分析方法：随着混频器技术发展，混频器理论研究得到了很大发展，目前多用谐波平衡法和变换矩阵法对混频器进行分析。 微波混频器电路分类 4种基本电路：单端混频器，平衡混频器，双平衡混频器，双双平衡混频器(也称为三平衡混频器)。 单端混频器：电路简单，但噪声高，抑制干扰能力差。 平衡混频器：借助于平衡电桥，可使本振调幅噪声抵消，中频输出功率增强。 双平衡混频器：可以抵消本振引入调幅噪声所产生的中频噪声；在中频输出端口能全部消除本振的偶次频率与信号的偶次频率组成的组合干扰，使组合干扰的频谱密度减小到单管混频器的25％；动态范围大、互调干扰小、工作频带宽。 双双平衡混频器：频带更宽、动态范围和交调抑制更高。 微波混频器发展简介 第一只混频器由Armstrong和Schottky分别在1924和1925年研制出。 第二次世界大战中，为了提高接收机的灵敏度，增加雷达的作用距离（关键的地方在于降低接收机中混频器的噪声系数），人们对混频器进行了各种理论探讨与科学试验。 但由于微波混频器是利用变阻二极管或肖特基势垒二极管等非线性器件来实现变频的一种微波电路，当时微波半导体器件发展缓慢，影响了混频器的发展。 微波混频器发展简介 二极管微波混频器：目前几乎都采用肖特基表面势垒二极管作为混频元件。 原因：结构简单、便于集成、性能稳定、电特性一致性较好、较低的变频损耗、极低的噪声温度比和高的抗烧毁能力、频率范围达几个甚至几十个倍频程 肖特基表面势垒二极管微波混频器在电子对抗等系统中得到了广泛的应用。 梁式引线二极管：减小了寄生参数，在毫米波及亚毫米波获得了广泛的应用。 发展重点：提高电性能、降低成本和减小体积。 微波混频器发展简介 从国外混频器的整个发展来看， 20世纪70年代主要是针对肖特基二极管的混频特性以及鳍线等毫米波传输线进行大量理论分析及研究。 国外对双平衡混频器的研究在20世纪80年代就已经成熟，并有大量的文献报道，采用鳍线、共面线、悬置微带等形式的混合集成毫米波混频器发展迅速。 美国M/A-COM公司1982年研制出一种新颖宽带双平衡混频器，其频率覆盖18－40GHz。其设计通过平衡槽线和分支平衡微带线耦合信号和本振到4个封装在星形结构中的肖特基梁式引线二极管上。利用这种设计方法研制出了18－26.5GHz，26.5－40GHz，18－40GHz宽带混频器，输出中频信号为0.5－8GHz。 微波混频器发展简介 1990年采用MESFET技术研制出的X波段单片双双平衡混频器具有20dBm的三阶交调输入，本振功率为20dBm时，其ldB压缩点的输出功率为3.6dBm。在7－10GHz范围内，变频损耗小于10dB，中频为5GHz。 这种高输入三阶交调混频器是高动态范围接收机中的关键部件，它的成功研制推进了单片接收机的发展。 微波混频器发展简介 90年代，新的平面双双平衡MMIC混频器结构采用槽线、共面波导和共面线的混合，将8只GaAs肖特基二极管安装在一个16mil厚的GaAs基材上，制作的混频器射频频率为6－20GHz，本振频率为8－18GHZ，中频频率为2－7GHz，变频损耗为6.2－9.8dB，射频到中频、本振到射频和本振到中频的隔离分别是25dB、23dB和20dB。 这种混频器的研制成功，为平面结构双双平衡混频器的发展奠定了基础。 微波混频器发展简介 随着砷化嫁工艺和单片技术的发展，对亚毫米波和毫米波集成混频电路的研究已成为热点。 混频器的研制早己成为一门专