射频微波电路导论课件西电版第11章.ppt
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1、第十一章 其他常用微波电路,隔离器与环形器,在微波系统中,常把隔离器接在信号发生器与负载之间,以改善源与负载的匹配。这样可以使得来自负载的反射功率不能返回发生器输入端,避免负载阻抗改变而引起源的输出功率和频率的改变,隔离器和环形器是在微波结构中放入铁氧体材料,外加恒定磁场,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,隔离器原理结构,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:需要较大的偏置磁场,E平面全高片,H平面片,随片位置变化前向和反向传输衰减常数,2 场位移式隔离器,在铁氧体一
2、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,从而实现隔离,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,从而实现隔离功能,环形器,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传输。上图传输方向是123,而反向是隔离的。,波导结果的环形器,微带结构的环形器,微带型环形器实物图,环形器的几种典型应用,混频器与检波器,混频器
3、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射频信号发射出去,混频器的主要指标,1 变频损耗 描述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,4 本振功率 指标受本振功率控制,典型的本振功率有7dBm、10dBm、17dBm,5 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,一般要求大于20dB,6 端口VSWR,混频器原理,理想的混频器是一个开关或
4、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,乘法器输出频率为dnps,差频:IFps,谐波混频:IFnps,和频:IFps,混频器实现频谱搬移,混频器按开关器件的数量和连接方式分类,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,改变栅源电压的极性,漏源之间的电阻可以从几欧姆到几千欧姆变化实现开关特性,分类,1 单端混频器,2 单平衡混频器,3 双平衡混频器,1 单端混频器,单端混频器等效电路,设RF输入电压是为RF的余弦波,设LO输入电压是为LO的余弦波,对于二极管,采用小信号近似式得出总得二
5、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,从所得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,一个实际的微带实现的12GHz单端混频器,定向环滤波器苛刻的选择在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频率的/4调节短截
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