射频微波电路导论西电PPT.pptx

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1、会计学1射频微波电路射频微波电路(dinl)导论西电导论西电第一页，共47页。隔离器和环形器是在微波结构中放入铁氧体材料，外加(wiji)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，从而实现单向传输第1页/共47页第二页，共47页。隔离器原理隔离器原理(yunl)结构结构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(xyo)较大的偏置磁场第2页/共47页第三页，共47页。E平面(pngmin)全高片H平面(pngmin)片第3页/共47页第四页，共47页。随片位置变化(binhu)前向和

2、反向传输衰减常数第4页/共47页第五页，共47页。2 场位移(wiy)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(shui jin)，从而实现隔离第5页/共47页第六页，共47页。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(jio d)，从而实现隔离功能第6页/共47页第七页，共47页。环形环形(hun xn

3、)器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(hunxng)传输。上图传输方向是123，而反向是隔离的。第7页/共47页第八页，共47页。波导(b do)结果的环形器第8页/共47页第九页，共47页。微带结构(jigu)的环形器第9页/共47页第十页，共47页。微带型环形(hun xn)器实物图第10页/共47页第十一页，共47页。环形器的几种环形器的几种(j zhn)典型应用典型应用第11页/共47页第十二页，共47页。混频器与检波器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(jih)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

4、射频信号发射出去第12页/共47页第十三页，共47页。混频器的主要混频器的主要(zhyo)指标指标1 变频损耗 描述(mio sh)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(xnho)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、动态范围第13页/共47页第十四页，共47页。4 本振功率 指标(zhbio)受本振功率控制，典型的本振功率有7dBm、10dBm、17dBm5 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(ybn)要求大于20dB6 端口VSWR第14页/共

5、47页第十五页，共47页。混频器原理混频器原理(yunl)理想的混频器是一个(y)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(shch)频率为dnps差频：IFps谐波混频：IFnps和频：IFps第15页/共47页第十六页，共47页。混频器实现(shxin)频谱搬移第16页/共47页第十七页，共47页。混频器按开关器件混频器按开关器件(qjin)的数量和连接方式的数量和连接方式分类分类混频器中LO控制的开关特性可以由肖特基二极管或者FET实现。肖特基二极管在LO的正半周低阻，负半周高阻近似为开关；对于FET，改变栅源电压(diny)的极性，漏源之间的电阻

6、可以从几欧姆到几千欧姆变化实现开关特性第17页/共47页第十八页，共47页。分类分类(fn li)1 单端混频器2 单平衡(pnghng)混频器3 双平衡(pnghng)混频器第18页/共47页第十九页，共47页。1 单端混频器单端混频器单端混频器等效电路第19页/共47页第二十页，共47页。设RF输入(shr)电压是为RF的余弦波设LO输入(shr)电压是为LO的余弦波对于(duy)二极管，采用小信号近似式得出总得二极管电流为其中第一项为DC偏置电流，用隔直电容与IF断开，第二项式RF和LO输入信号的复制，可用低通滤波器虑除，余下的第三项用恒等式可改写为第20页/共47页第二十一页，共47页

7、。从所得(su d)结果包括了几个新的信号分量，只有一项式所需要的 IF信号，直流项直接用隔直电容阻断，而 ，和 项可以用低通滤波器阻断，剩下的 IF输出电流为第21页/共47页第二十二页，共47页。一个实际(shj)的微带实现的12GHz单端混频器第22页/共47页第二十三页，共47页。定向环滤波器苛刻(kk)的选择在L频率上，提供一些LO和RF的隔离，并且降低来自LO源的调幅噪声对整个混频器噪声系数的影响低通和频率(pnl)滤波器同时阻止信号向RF输入端传输并且将其反射会二极管再利用电路还包括二极管直流元件的电流回路，IF旁路网络，独立的RF和LO频率(pnl)的/4调节短截线，相加滤波器

8、，用于IF输出的几种元件低通滤波器第23页/共47页第二十四页，共47页。单端混频器缺点单端混频器缺点(qudin)：1.需要特殊滤波器，防止(fngzh)LO 功率从RF端口出去，更有可能从天线辐射出去2.如果定向耦合器或定向环路滤波器用来产生LO信号，那么噪声系数和转换损耗将会恶化3.如果和LO信号有关的调幅噪声的带宽与RF带宽重叠，混频器的噪声系数也会变坏解决办法就是采用两个(lin)单端混频器组合成一个90或180的混合平衡结构第24页/共47页第二十五页，共47页。2 单平衡单平衡(pnghng)混频器混频器平衡混频器采用两只混频管，使信号和本振都以等分的功率及一定的相位关系加到两只

9、性能(xngnng)一致的二极管上进行混频按相位(xingwi)分配关系有180单平衡混频器和90单平衡混频器两种第25页/共47页第二十六页，共47页。180单平衡单平衡(pnghng)混频器混频器第26页/共47页第二十七页，共47页。“经典经典(jngdin)”的的6/4波长跑鼠耦合器（波长跑鼠耦合器（180）第27页/共47页第二十八页，共47页。90单平衡单平衡(pnghng)混频器混频器采用(ciyng)3dB 变阻定向耦合器第28页/共47页第二十九页，共47页。单平衡混频器主要单平衡混频器主要(zhyo)优点：优点：1.单平衡混频器的输入匹配和RFLO的隔离度得到改善 2.充分

10、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(zn d)信号动态范围3.抵消了本振引入的噪声，改善实际混频器的噪声系数4.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第29页/共47页第三十页，共47页。单端和单平衡单端和单平衡(pnghng)混频器的主要问题：混频器的主要问题：1.LO到RF的隔离度常常(chngchng)不够2.需要大的LO功率3.对LO的调幅噪声敏感4.带宽窄上述(shngsh)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第30页/共47页第三十一页，共47页。双平衡双平衡(pnghng)混频器混频器把两

11、个单平衡混频器180反向(fn xin)并联根据上述原理图构成(guchng)的典型双平衡混频器第31页/共47页第三十二页，共47页。变形(bin xng)后的双平衡混频器第32页/共47页第三十三页，共47页。几种混频器各种性能几种混频器各种性能(xngnng)对比对比第33页/共47页第三十四页，共47页。逆并联逆并联(bnglin)二极管混频器二极管混频器经常用于次谐波毫米波频率(pnl)转换。背对背二极管的功能像像一个频率(pnl)倍增器，所以需要一个正规值一半的LO频率(pnl)这对二极管有一个对称的IV特性，该特性可以抑制RF和LO输入信号的基本(jbn)混合产物，导致较好的变频

12、损耗第34页/共47页第三十五页，共47页。检波器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(dpn)“视频”电压第35页/共47页第三十六页，共47页。简化简化(jinhu)的检波器电路的检波器电路频率为R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(xshu)。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 m上可以忽略电抗的大隔直电容 CB，将Idc与视频放大器隔离第36页/共

13、47页第三十七页，共47页。一种一种(y zhn)宽带微带线检波器宽带微带线检波器第37页/共47页第三十八页，共47页。开关开关(kigun)与移与移相器相器开关、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(tngdo)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(zhbio)：插损尽可能小，关断损耗尽可能大（隔离度高），开关时间要快等第38页/共47页第三十九页，共47页。微波微波(wib)开关原理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(ct)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

14、信号作用(zuyng)下，对微波信号有开关作用(zuyng)。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）第39页/共47页第四十页，共47页。微波微波(wib)开关电路开关电路按接口数量(shling)有：单刀单掷（SPST）、单刀双掷（SPDT）、双刀双掷（DPDT）、单刀六掷（SP6T）等并联(bnglin)型SPDT开关串联型SPDT开关第40页/共47页第四十一页，共47页。串并联复合串并联复合(fh)开关开关SPSTSP3T第41页/共47页第四十二页，共47页。大功率宽带大功率宽带(kun di)开关开关采用大功率高反向(fn xin)

15、击穿电压的PIN管作为开关管第42页/共47页第四十三页，共47页。PIN管的驱动管的驱动(q dn)电路电路第43页/共47页第四十四页，共47页。移相器移相器在通信系统中，调相就是对微波信号相位的控制，在雷达系统中，相控阵天线(tinxin)就是控制送入天线(tinxin)每个单元信号的相位，实现天线(tinxin)波束的调整。移相器的基本原理：在传输线上改变(gibin)传播常数或改变(gibin)信号的波程相位差第44页/共47页第四十五页，共47页。开关开关(kigun)线移相器线移相器第45页/共47页第四十六页，共47页。加载线移相器加载线移相器两个PIN管在正偏或者反偏的状态下，加载线都等效为纯电抗，则主传输线引入不同的电纳jB和jB，这两中情况(qngkung)下移相器等效为不同电长度的传输线（特征电纳为Y），从而实现相移量和第46页/共47页第四十七页，共47页。