第1章1.8节-第2章2.4.2节.ppt

清华—安捷伦微波EDA咨询培训中心 第二章 微波混频器 §2.1 微波混频器件 §2.2 肖特基势垒二极管 §2.3 非线性电阻混频原理 §2.4 微波混频器电路 §2.5 谐波混频器(书§2.8.2) §2.6 混频器的数值分析法(书§2.5) §2.7 混频器噪声系数 §2.8 上变频器 § 2.1 微波混频器件 二极管混频 性能稳定 动态范围大 结构简单，无电源 成本低 三极管混频 有混频增益 可实现自振荡混频 微波二极管 混频 肖特基势垒管(面接触)，点接触 振荡 体效应管(甘氏管)，雪崩管 控制 PIN管 调频 变容管 倍频 变容管，阶跃恢复管 放大 变容管，体效应管 检波 反向管，低势垒管 整流 平面管，闸流管 控温 致冷PN结 §2.2 肖特基势垒二极管 (Schottky Barrier Diode) 混频管基本要求 噪声小，变频损耗小，结构外形合理 混频二极管封装 环氧树脂封装 塑料封装 陶瓷封装 梁式引线管 混频二极管封装和等效电路 LS --- 引线电感，要短 CP --- 管壳寄生电容(与管壳材料、形状有关) RS --- 串联电阻，包括N型半导体层的体电阻、衬底电阻、 电极的欧姆接触电阻(与材料、工艺有关) Cj --- 结电容，结面积要小 Rj --- 结电阻 封装形式比较 陶瓷封装 性能好(CP、LS小) 稳定、可靠、抗震、抗湿 尺寸大 结构复杂，成本高 微带塑封 适用于混合集成 成本低、尺寸小 电容大、频率低 梁式引线 寄生参数小，频率高 工艺难度大，成本高 混频二极管电特性 3. 串联电阻RS 取决于半导体材料和工艺 N型半导体电导率：? ? eND?n ND--施主杂质浓度 ?n--N型半导体电子迁移率 P型半导体电导率：? ? eNA?p NA--受主杂质浓度 ?p--P型半导体电子迁移率 N型比P型迁移率高 GaAs比Si高(6倍)，InP更好。 常用N型GaAs §2.3 非线性电阻混频原理 二极管电流中的交流小信号成分： 中频： ?if = ?S- ?L (?S ?L) ?if = ?L- ?S (?L ?S) 信号的镜频(?S ?L) ： ?i = 2?L- ?S (image frequency) = ?L- ?if = ?S- 2?if §2.4 微波混频器电路 §2.4.1 单管混频器(书§2.4.1~2) 基本组成部分： 混频管 ----- fC 10fS 混合隔离电路 --- 信号与本振隔离，互不影响充分利用信 号，防止反射。 * 隔离度不足：本振反射发射信号；信号被漏掉， 变频损耗大。 * 隔离度太大：本振功率源浪费；本振功率不足， 变频损耗大。 中频、滤波 ----- 取出fif，滤除fS、fL 直流与中频通路：保证二极管正常工作。 * 直流工作点V高，节省本振功率，变频损耗大，Zin降 低。 匹配 ----- fS、fL * 由于信号电平较小，首先应保证信号路匹配，定向耦合器和阻抗变换器设计时中心频率按信号频率考虑。 §2.4.2 平衡混频器(书§2.4.3) 优点： 电桥 -- 改善隔离，充分利用信号、本振功率，增大信号动态范围 减弱本振噪声，改善噪声系数 抑制谐波，减少失真、干扰与损耗 90移相变阻抗电桥 混频管阻抗经移相成纯阻RD 变阻抗电桥 3，4 口阻抗为RD 微波接地用扇形线 常用电桥 1. 混频管上的相位关系 2. 混频器噪声 3. 混频器的组合频率 (自学书p.74) 二、1800移相型混频器 本振反相型（1800） 信号同相（00） 特点： 尺寸大 本振偶次谐波组合频率(n?L??S，n=2，4，6，?)无输出 结构复杂 信号反相型(避免线路交叉) 信号反相、本振同相 偶次谐波抵消 尺寸小 或 —— 各高次谐波 中频成分： 镜频幅度由g2VS决定，由于?if ?S，