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第五章第五章 微波倍频器微波倍频器 林林林林 先先先先 其其其其 电子科技大学电子工程学院电子科技大学电子工程学院电子科技大学电子工程学院电子科技大学电子工程学院 xqlin@uestc.edu.cnxqlin@uestc.edu.cn, , 科科C310C310 2 主要内容 •引言 •变容二极管及阶跃恢复二极管 •倍频器基本理论倍频器基本理论 •变容二极管倍频器变容二极管倍频器 •阶跃恢复二极管倍频器 •肖特基势垒二极管倍频器 •微波晶体管倍频器 3 §5.1 引 言 •倍频器的工作原理 把输入频率的正弦波能量通过非线性器件把输入频率的正弦波能量通过非线性器件 （（如非如非 线性电阻、电容），使其输出波形发生畸变，产生各 次谐波次谐波，，再用滤波电路把所需要的谐波能量取出送到再用滤波电路把所需要的谐波能量取出送到 负载。 •倍频器用途 多用在微波和毫米波发射机和接收机电路，产 生在基频振荡器上无法获得的高频率的本征信号源。 4 倍频器主要技术指标 1）波形纯度：所需频谱幅度与杂波频谱幅度之比，单位： dB； 2）工作频率及倍频次数：工作频率：输入/输出频率；倍频 次数：输出频率与输入频率的比值。 3）输出功率：倍频器在一定输入功率情况下的输出功率； 4）变频损耗（效率）：输出所需谐波功率与输入基波功率 之比之比； dB——变频损耗变频损耗，百分数百分数——效率效率； 5）驱动功率：能使倍频器正常工作的最小输入基波信号的 功率功率； 6）带宽：一般以输出功率下降3dB的频率变化范围表示； 7）输入、输出驻波比：表征倍频器输入、输出端口匹配性 能的技术指标，理想值为1。 5 倍频器主要技术指标 8) 倍频器的噪声 来自倍频器的外部来自倍频器的外部——主振器主振器 （（如有放大如有放大，，还包括功率放还包括功率放 大器引入的噪声）； 来自倍频器的内部来自倍频器的内部；； 采用倍频链的实现方式，则整个倍频链的噪声将有一定程 度的恶化度的恶化，即输入频率的即输入频率的nn次倍频源的次倍频源的相位噪声相位噪声比输入基波比输入基波 2 信号的相位噪声至少增加n 倍，这等效于n次倍频源的噪声 2 恶化 10lg(g(n )) 20lg(g(n))dB 6 倍频器的类型 •阻性倍频——利用二极管PN结的静态非线性I-V关系，即非 线性电阻产生谐波； •参量参量 （（容性容性））倍频倍频——利用变容利用变容二极管的非线性电抗特性极管的非线性电抗特性 即非线性电量Q-V特性产生谐波； •高次倍频高次倍频——利用阶跃恢复利用阶跃恢复二极管极管 （（SRDSRD））而产生高阶谐波而产生高阶谐波；； •有源倍频——利用有源器件中跨导传输函数的非线性，同 时获得谐波和增益，如砷化镓场效应管，异质结双极管，高 电子迁移率晶体管等电子迁移率晶体管等；； •锁相倍频——利用强迫同步现象，将振荡器注入锁定在基 准频率n次的谐波上； •宽带倍频——利用宽带单片放大器的非线性产生谐波，并 放大谐波； •非调谐倍频非调谐倍频——利用非线性传输线利用非线性传输线 （（NLTLNLTL））来实现来实现，传输传输 线周期加载既可以是非对称也可以是对称的变容管，它能提 供效率和带宽。 7 §5.2 变容二极管及阶跃恢复二极管 •变容二极管是一种结电容随外加偏压非线性变化的 二极管极管。 ••变容二极管的非线性电容可以采用变容二极管的非线性电容可以采用PNPN结或肖特基结结或肖特基结 形成，如无特别说明，变容管一般指PN结型的二极管， 它可用于微波压控振荡器它可用于微波压控振荡器、微波倍频器微波倍频器、微波移相器微波移相器、 微波上变频器及微波限幅器等。 8 变容二极管 •PN结结电容形成的原理 结电容，也叫做势垒 空穴 受主 施主 电子 + -