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第7章 有源微波电路 ;7.1 微波混频器; 微波混频器是将接收机所接收到的微波信号变换成中频信号，以利于进一步对信号进行后续处理的微波有源器件。 ;7.1.1 肖特基势垒二极管 ;一．肖特基势垒二极管的结构;二．肖特基势垒二极管的等效电路和伏安特性;Gj＝1/Rj是用该管作混频二极管时的动态变频电导，它也是该管伏安特性曲线的斜率。;7.1.2 微波混频器的混频原理; 如图是单个二极管混频器的原理图，其中：V0是直流偏压，一般微波混频器为使电路简单常不外加直流偏压；vL是本振电压，是功率为毫瓦级的大信号；vS是微波信号电压；是微瓦级甚至功率更小的微弱信号；ZL是混频器输出负载阻抗。 设加在混频二极管上的本振电压vL(t)和信号电压vs(t)分别为;;式中(n＝1，2，3，…)我们称g0为二极管的平均混频电导，称gn为对应于本振第n次谐波的混频电导。混频电流i可表示成 ; 在混频器电流频谱中，除了我们所需的中频ωif以外，还有无穷多个我们所不需要到频率分量，我们把不需要的这些频率分量通称寄生频率。由于这些寄生频率分量也是由信号和本振差拍产生的，都携带有一部分信号功率，如果将它们都滤除掉，必造成信号能量的损失，这种能量损失我们称之为净变频损耗。在设计混频器时应尽可能减少这种损耗，或者应将部分功率“回收”成为有用功率。 在寄生频率中，最值的关注的是镜频ωk=2ωL－ωs。相对于本振频率ωL的位置，镜频处于信号频率ωs的镜像位置，故称ωk为镜频。我们之所以关注镜频基于两个理由：①镜频是由本振的二次谐波与信号差拍产生的，具有不可忽视的功率；②镜频存在回收的可能性。因为镜频和本振再一次差拍会得到新的中频，新中频ωL－(2ωL－ωs)= ωs－ωL=ωif与原中频相同，如果我们使混频电路对镜频呈现出电抗性负载(例如开路或者短路)，把镜频分量反射回二极管再次混频出新的中频，只要新的中频与原中频相位一致，就可使混频器输出中频能量增加而降低变频损耗。;7.1.3 混频器的主要特性;结论： ①在给定本振电压的条件下，调整信源电导Gg和中频负载电导Gif，上述三种镜频终端都可以获得最小的净变??损耗。与此对应的信源电导和中频负载电导分别称为最佳信源电导和最佳中频负载电导。 ②无论在那种情况下，最小净变频损耗都随本振电压振幅的增加而减小； ③当本振电压振幅趋于无限大时，镜频短路和镜频开路的最小变频损耗都趋于零分贝，而镜频匹配的最小变频损耗趋于3分贝； ④在相同本振电压振幅条件下，镜频开路最小变频损耗最小，镜频短路最小变频损耗稍大一些，而镜频匹配最小变频损耗最大； ⑤在相同本振电压振幅条件下，镜频短路时最佳信源电导和最佳中频负载电导最大。; 如图，只需考虑寄生参量中的结电容Cj的分流和串联电阻Rs的分压作用所引起的功率损耗，用Lj表示。;3．混频器的其它损耗 综上所述，混频器总的变频损耗Lm应取以下三项之和，即 。;其中，Lms为单通道混频器的变频损耗，tD为混频二极管的噪声温度比，tms为单通道混频器的噪声温度比 。实用的肖特基势垒二极管的噪声温度比 ，其做成的单通道混频器的噪声系数; 双通道混频器的噪声温度比 。其中，Lmd为双通道混频器的变频损耗 。 ①双通道混频器传输单边带信号 （肖特基表面势垒二极管制 ）;三．混频器的其他特性;7.1.4 典型的微波混频电路;①混频二极管。常用肖特基势垒二极管，它应具有足够高的截止频率fc,一般要求fc10f。 ②本振与信号的混合电路。这里使用的是平行耦合线定向耦合器，信号和本振分别从定向耦合器的两个隔离端口输入，可以保证信号和本振有良好的隔离，同时将本振功率耦合到主线上与信号功率混合，再加到二极管上。由定向耦合器的工作原理可知，输入信号功率一部分送到混频二极管上，另一部分功率耦合到副线并消耗在匹配负载上；同样本振功率也只有一部分耦合到主线再加在混频二极管上，余下部分本振功率也消耗在匹配负载上。因此，定向耦合器的耦合度要适当，若耦合强，需要本振功率虽然可以小一些，但信号功率漏失也大，变频损耗大；若耦合弱，信号漏失虽小，但所需本振功率大。为兼顾信号漏失功率和本振功率，通常将定向耦合器的耦合度设计为10dB，这时信号功率漏失小，