混频器原理与设计.pptVIP

* 二、平衡混频器 图9-16是采用宽频带环形电桥的平衡混频器。它好像是把图9-15的3?g／4折叠起来。环形桥每臂的特性阻抗为Zc，则耦合段的特性阻抗Zr应为 （9-20） 式中Z0o和Z0e分别是该耦合段的奇模和偶模阻抗，耦合段的每个支线都是一端接地，用通孔金属化以后，和基片底面连通。其他部分都和图9-15相似。 此种混频器的工作频带可以达到倍频程。通常厘米波段时耦合微带宽度为0.2~0.3mm，而耦合缝宽为0.03~0.05mm量级，显然工艺难度比普通环形电桥大得多。 图9-16 利用耦合线加宽电桥频带 2、环形电桥混频器 （3）宽频带环形电桥混频器 普通的环形电桥频带虽然比分支电桥宽一些，但最多只能在30%左右频带内能良好工作。它的频带主要受限于长度为3?g／4的圆弧段。由于两路信号均分后所走过的路程不对称，因此对频率的变化较敏感。如果把3?g／4的弧段设计成?g／4的耦合微带线段，使耦合段的移相角度仍为–3?/2，就可以缩短此段弧的机械长度，从而仍保持电桥原有性能。 第30页，共49页，编辑于2022年，星期四 * 二、平衡混频器 2、环形电桥混频器 环形电桥各种结构的优缺点和分支电桥相比归纳如下： （1）环形电桥周长大，适于微波高频端，而分支电桥适于低频端。 （2）当输出口有反射时环形电桥的本振端口与信号端口隔离度好。 （3）当输出口有反射时环形电桥的端口驻波比不如分支电桥。 （4）环形电桥本振输入端与中频输出端交叉，结构不易处理。 表9-1给出用计算机分析X波段分支电桥和环形电桥性能的比较。两种电桥端口都是等阻抗50?；基片用聚四氟乙烯纤维板，?r = 2.8，厚度0.8mm。 由表9-1可见，分支电桥在较高微波频率时，由于臂长短且宽，分支T形结的影响过大，很难对端口匹配（|s11|）、隔离度（|s21|）和功率分配均衡（s31和s41）进行兼顾；而环形电桥仍能保持良好特性。 第31页，共49页，编辑于2022年，星期四 * 二、平衡混频器 3、交叉指耦合器平衡混频器 图9-17 交叉指耦合器平衡混频器 图9-17是一个实际的W波段平衡混频器，在这个混频器中，微波功率分配器用宽频带交叉指耦合器构成。交叉指耦合器放大后的结构图如图9-18（a）所示，它是一种宽频带耦合器件，频带宽度可做到1~1.5倍频程，几乎是环形电桥的5~10倍；性能很好，在频带内隔离度可达–30dB，两个输出端口（即端口2和3）相移为90?，而相位差可小于?2?，驻波比也可小于1.2。 第32页，共49页，编辑于2022年，星期四 * 二、平衡混频器 3、交叉指耦合器平衡混频器 交叉指耦合器的耦合段有两个短指和两个长指，还有一段互通微带。结构原则是短指长度约为工作频段内最高频率的?gh／4，而长指应为最低工作频率的?gh／4，各相应耦合指用跳线相连。跳线可用几十微米直径的金丝或铝丝热压焊接，跳线常是并行若干根，以减少自身电感和增加可靠性。耦合器的指宽度约为0.1mm量级，耦合缝赂小于0.1mm。 信号从端口1输入，由耦合臂3和直通臂2等分输出，第4臂是隔离臂；同样由4口输入的功率也是等分后由2口和3口输出。 另一种类似结构的交叉指耦合器如图9-18（b）所示，称为非折叠式交叉指耦合器。它也是3dB等分功率耦合器，电性能和图9-18（a）所示折叠式交叉指耦合器差不多，尺寸也相近，只是跳线省掉了两根，工艺制作略为简单。 图9-17中的两只混频管连接在同一个扇形短路器上，构成微波短路。由于交叉指耦合器的两个输出臂之间没有直流通路，因此必须再设置两个扇线和两段高阻线引至接地通孔，以便为两只混频管构成直流和中频通路。 中频输出电路中串接了一个低通滤波器，取出中频，阻止残余本振和信号的泄漏，以便提高微波与中频之间的隔离度。 图9-18 交叉指宽频带耦合器的两种型式 （a）折叠式；（b）非折叠式。 第33页，共49页，编辑于2022年，星期四 * 三、镜频抑制混频器 在任何外差式微波系统中，混频器的镜频抑制都是颇为重要的技术问题。 首先是避免噪声恶化。混频器单边带噪声系数最小极限是3dB。即使在混频器之前有低噪声放大器，而且尽管低噪声放大器噪声系数很低、增益也很高，若没有镜象抑制，则全系统噪声仍将增大3dB（详见第六章低噪声放大器）。 其次是镜频干扰，大气、天电，尤其是镜频附近的通信雷达等无线电设备更构成威胁。 在混频器前加抑制镜频滤波器是重要措施，有些无线电设备要求镜频抑制度较高，可达二三十分贝以上。然而当中频频率不很高时，镜频与信频相距不远，这时，带通滤波器（或带阻滤波器）也很难做到既不影响信频传输，又针对镜频有很高抑制度。尤其是在信号频率经常改变的微波设备中，例如捷变频雷达或某些宽频带微波通信机，当信号频率改变时，镜频