射频微波电路导论 课件(西电版)第11章.ppt

第十一章 其他常用微波电路 隔离器与环形器 单平衡混频器主要优点： 单平衡混频器的输入匹配和RF－LO的隔离度得到改善 充分利用信号及本振功率，并使两管混频电流的中频成分叠加，因此可增大信号动态范围 抵消了本振引入的噪声，改善实际混频器的噪声系数 抑制部分由谐波混频产生的组合频率成分，减少干扰和失真的可能性 单端和单平衡混频器的主要问题： LO到RF的隔离度常常不够 需要大的LO功率 对LO的调幅噪声敏感 带宽窄 上述问题都可以通过用180或90混合接头（巴伦）将两个单平衡混频器联在一起得到解决 双平衡混频器 把两个单平衡混频器180°反向并联 根据上述原理图构成的典型双平衡混频器 变形后的双平衡混频器 几种混频器各种性能对比 逆并联二极管混频器 经常用于次谐波毫米波频率转换。背对背二极管的功能像像一个频率倍增器，所以需要一个正规值一半的LO频率 这对二极管有一个对称的I－V特性，该特性可以抑制RF和LO输入信号的基本混合产物，导致较好的变频损耗 检波器 检波器是实现峰值包络检波的电路，输出信号于输入信号的包络相同，或者随输入RF信号的幅度调制，产生直流或低频“视频”电压 简化的检波器电路 频率为ωR的入射RF功率Pinc通过一个匹配网络，这样Pinc被在二极管阻抗的电阻部分吸收。旁路电容CL短路RF输出电路，并且阻止Pinc进入视频电阻负载RL。一个外部偏置Idc可以加到二极管，RF扼流圈（RFC）提供直流回路，在视频频率ωm上可以忽略电抗的大隔直电容CB，将Idc与视频放大器隔离 一种宽带微带线检波器 开关与移相器 开关、移相器和衰减器都称为微波控制电路。开关在时分多工器、时分通道选择、脉冲调制、收发开关、波束调整等方面都有广泛的应用 开关的指标：插损尽可能小，关断损耗尽可能大（隔离度高），开关时间要快等 微波开关原理 铁氧体开关的原理是改变偏置磁场的方向（一般用电磁体以方便、快速实现磁场的改变），从而改变信号的传输常数，以达到开关的目的 PIN管在正反向低频信号作用下，对微波信号有开关作用。正偏时对微波信号的衰减很小（0.5dB），反向偏置时对微波信号的衰减很大（大于25dB） 微波开关电路 按接口数量有：单刀单掷（SPST）、单刀双掷（SPDT）、双刀双掷（DPDT）、单刀六掷（SP6T）等 并联型SPDT开关 串联型SPDT开关 串并联复合开关 SPST SP3T * * 在微波系统中，常把隔离器接在信号发生器与负载之间，以改善源与负载的匹配。这样可以使得来自负载的反射功率不能返回发生器输入端，避免负载阻抗改变而引起源的输出功率和频率的改变 隔离器和环形器是在微波结构中放入铁氧体材料，外加恒定磁场，在这个区域构成各向异性介质，电磁波在这种媒体中三个方向的传输常数是不同的，从而实现单向传输 隔离器原理结构 1 谐振式隔离器 利用铁磁谐振效应（吸收右旋 园极化波，衰减右旋极化波，左旋波损耗很小） 优点：功率容量大 缺点：需要较大的偏置磁场 E平面全高片 H平面片 随片位置变化前向和反向传输衰减常数 2 场位移式隔离器 在铁氧体一侧x=c+t处可使前向波电场完全消失掉，而在同一位置上反向电场可以变得很大。在此处放置一薄电阻片，前向波基本上不受影响，而反向波受到衰减，从而实现隔离 3 法拉第旋转式隔离器 输入输出波导1和6横截面互成45°，吸收片7和8也互成45°，并且吸收片7与输入波导的电场方向垂直，吸收片8与输出波导6的电场方向垂直。利用法拉第旋转使电场极化方向旋转45°实现正向衰减较小，反向衰减较大，从而实现隔离功能 环形器 环形器是一个多端口器件，电磁波的传输只能沿单方向环行传输。上图传输方向是1－2－3，而反向是隔离的。 波导结果的环形器 微带结构的环形器 微带型环形器实物图 环形器的几种典型应用 混频器与检波器 混频器在微波电路里面的作用是实现频率的变化，与本振信号结合可以把射频信号下变频为中频信号进行处理，也可以把中频信号上边频为射频信号发射出去 混频器的主要指标 1 变频损耗 描述变频后输出信号的幅度变化，二极管混频器变频损耗典型值7dB左右 2 噪声系数 描述经过混频器后信号质量变坏的程度，主要决定于变频损耗的大小，且与本振功率有最佳值 3 线性特性 1dB压缩点、动态范围 4 本振功率 指标受本振功率控制，典型的本振功率有7dBm、10dBm、17dBm 5 端口隔离 三个端口LO、RF、IF频率不同，互相隔离指标越高越好，一般要求大于20dB 6 端口VSWR 混频器原理 理想的混频器是一个开关或乘法器 通常，RF的功率比LO的功率小得多，不考虑调制信号的影响，乘法器输出频率为?d＝n?p＋?s 差频：?IF＝?p－?s 谐波混频：?IF＝n?p－?s 和频：?IF＝?p＋?s 混