第八章

微波檢波器

What-控制微波信號(hào)通斷、幅度以及相位的電路；微波信號(hào)傳輸路徑通斷或轉(zhuǎn)換——微波開關(guān)，脈沖調(diào)制器等控制微波信號(hào)的大小——電控衰減器，限幅器，幅度調(diào)制器等?？刂莆⒉ㄐ盘?hào)的相位——數(shù)字移相器，調(diào)相器等。

Why-實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)的特殊處理；

Howaboutit-電性能（響應(yīng)速度）；非電性能。

Howtorealizeit-微波控制電路所用元件PIN管的特性零偏壓及反向偏壓——?jiǎng)輭倦妶?電容，呈高阻態(tài)；正向偏壓——低阻導(dǎo)通態(tài)，阻值隨偏置電流增大而減少；承上微波半導(dǎo)體管——PIN管、變?nèi)莨?、肖特基二極管、場效應(yīng)管鐵氧體——釔鐵石榴石（YIG）其他：如液晶（壓控調(diào)諧材料特性）啟下§8.3微波檢波器What?--

(Whatisthis?)Why?--

(Whyneedit?)How?--(Howaboutit?Howtorealizeit?Howtoimproveit?)2011,景洪,

《微帶檢波器的研究與設(shè)計(jì)》，桂林電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文§8.3微波檢波器

按工作原理和結(jié)構(gòu)分：二極管檢波器：利用二極管的非線性特性將微波信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)；諧振器檢波器：利用諧振器的諧振頻率和帶寬來檢測微波信號(hào)。晶體管檢波器：使用晶體管的非線性特性將微波信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)。均衡檢波器：均衡檢波器將輸入信號(hào)分成兩路，分別通過不同的電路，然后再將它們合并在一起。

其他類型檢波器:反向器檢波器、斬波器檢波器Whatisthis-微波檢波器的分類

·頻率測量·功率測量·相位測量：

相位檢波器可以將微波信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電流信號(hào)，

其大小與微波信號(hào)的相位差有關(guān)

·調(diào)制和解調(diào)：二極管檢波器可以用來對(duì)微波信號(hào)進(jìn)行振幅調(diào)制

晶體檢波器可以用來對(duì)微波信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制·信號(hào)檢測總之，微波檢波器是微波系統(tǒng)中重要的測量和調(diào)整工具，它們的功能多種多樣，可以根據(jù)需要選擇不同類型的檢波器來實(shí)現(xiàn)不同的功能§8.3微波檢波器Whyneedit-微波檢波器的主要功能·頻率范圍·承受功率·駐波比二極管檢波器通常可以工作在數(shù)十兆赫（MHz）到幾千兆赫（GHz）的頻率范圍內(nèi)，而晶體管檢波器可以工作在更高的頻率范圍內(nèi)，通常從幾百兆赫（MHz）到幾百千兆赫（GHz）。微波檢波器承受功率是指檢波器能夠安全地處理的微波信號(hào)的最大功率。檢波器承受功率是一個(gè)非常重要的參數(shù)，因?yàn)楫?dāng)微波信號(hào)的功率超過檢波器能夠承受的功率時(shí)，就可能會(huì)導(dǎo)致檢波器損壞。檢波器承受功率的大小取決于多個(gè)因素，包括檢波器類型、制造材料、大小和形狀等。微波檢波器的駐波比（VSWR）是指在輸入和輸出端口之間的反射信號(hào)與正向傳輸信號(hào)之間的比值。它是描述檢波器輸入和輸出匹配程度的一個(gè)重要參數(shù)?！?.3微波檢波器Howaboutit-微波檢波器的性能電流靈敏度：式中，是檢波器輸出端為短路時(shí)的檢波電流；是加在二極管上的微波信號(hào)功率。根據(jù)定義，檢波器電流靈敏度，又稱短路電流靈敏度，其表達(dá)式如下式所示，單位為A/W。Howaboutit-微波檢波器的性能電壓靈敏度：

，單位：

式中，是檢波負(fù)載電阻上的電壓；是加在二極管上的微波信號(hào)功率。開路電壓靈敏度（

）：實(shí)際電壓靈敏度：當(dāng)

時(shí)，電壓靈敏度近似為

Howaboutit-微波檢波器的性能視頻電阻：二極管對(duì)低頻信號(hào)，即檢波器輸出的視頻信號(hào)所呈現(xiàn)的阻抗。當(dāng)把二極管作為檢波器使用時(shí)，視頻電阻就是后級(jí)放大器輸入阻抗的設(shè)計(jì)依據(jù)。在較低的視頻情況下，二極管視頻電阻可以近似

，常用的檢波二極管視頻電阻在零偏置附近時(shí)大約是1～3。優(yōu)質(zhì)因數(shù)：反映探測接收機(jī)的靈敏度與噪聲特性的參數(shù)。檢波器的優(yōu)質(zhì)因數(shù)或稱Q值定義為

式中，是電壓靈敏度；是電流靈敏度；是檢波管視頻電阻；是檢波器后級(jí)放大器的等效噪聲電阻?；蛘邔懗蒆owaboutit-微波檢波器的性能最小可檢測功率：由于檢波二極管的噪聲（包括電阻熱噪聲、電流散彈噪聲和閃爍噪聲），使檢波器可檢測的最小信號(hào)受到限制。當(dāng)被檢測信號(hào)輸出電壓等于二極管噪聲等效電壓時(shí)，檢波器輸入端的被測信號(hào)功率就是最小可檢測功率?？梢娮钚】蓹z測功率主要取決于檢波器的優(yōu)質(zhì)因數(shù)

和工作帶寬

。Howaboutit-微波檢波器的性能切線靈敏度TSS

：檢波電壓的負(fù)噪聲峰值等于無信號(hào)時(shí)的正噪聲峰值，如下圖所示。當(dāng)二極管閃爍噪聲不大時(shí)，

中的

就是切線靈敏度所對(duì)應(yīng)的功率，簡稱切線靈敏度：Howaboutit-微波檢波器的性能微波檢波器的設(shè)計(jì)微波檢波器在實(shí)際應(yīng)用中主要分為兩類用途：一類是微波測量設(shè)備中的微波信號(hào)檢測器，以同軸和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為主；另一類是微波電路中的專用指示器，通常是微帶電路，和別的電路集成為一個(gè)整體。高靈敏度窄帶檢波器：采用匹配電路把二極管阻抗變換至50Ω，這些匹配電路都屬于無損耗電抗網(wǎng)絡(luò)，所以必然是窄帶檢波器（典型帶寬小于10％），在窄帶寬范圍內(nèi)可獲得高靈敏度和低駐波比。Howaboutit-微波檢波器的用途寬帶檢波器：作為通用的微波檢測部件時(shí),需要使用倍頻程以上的寬頻帶檢波器。用大失配的設(shè)計(jì)方法可以獲得倍頻程量級(jí)的檢波

代價(jià)：靈敏度大大降低，輸入駐波比增大，檢波器對(duì)信號(hào)源阻抗的變化很敏感。一種寬頻帶檢波器采用有損電路，即在檢波管之前并聯(lián)一個(gè)阻值為50左右的電阻

，電路原理如圖所示。Howaboutit-寬帶檢波器微波檢波器的設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償檢波器：

當(dāng)溫度增加時(shí)，正向?qū)ń档?，反向電流加大。為改善溫度特性，基本措施是采用恒溫，但恒溫電路?fù)雜，只在作為功率指示器要求嚴(yán)格的情況下采用。另一種方法是采用溫度補(bǔ)償電路，如圖所示。溫度補(bǔ)償檢波器電路Howaboutit-溫度補(bǔ)償檢波器微波檢波器的設(shè)計(jì)毫米波微帶檢波器：可直接檢測毫米波信號(hào)功率大小，輸出直流信號(hào)。整個(gè)電路主要由波導(dǎo)到微帶的過渡、輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和低通濾波器三部分組成，在匹配網(wǎng)絡(luò)和低通濾波器之間加裝檢波二極管。Ka頻段微帶檢波器整體電路結(jié)構(gòu)Ka頻段微帶檢波器實(shí)物照片Howaboutit-毫米波微帶檢波器微波檢波器的設(shè)計(jì)選擇適當(dāng)?shù)亩O管對(duì)于微波檢波器的性能至關(guān)重要。以下是一些選擇微波檢波器二極管的要點(diǎn)：·高頻響應(yīng)能力（毫米波、亞毫米波）·高功率·低噪聲系數(shù)（精確檢測信號(hào)）·反向漏電流?。ㄔ黾臃€(wěn)定性和精度）·反向擊穿電壓高（增加可靠性和耐久性）典型的梁式引線肖特基二極管的切面結(jié)構(gòu)微波檢波器的設(shè)計(jì)Howtoimproveit-二極管的選擇·高截止頻率和低噪聲系數(shù)器件·輸入阻抗匹配·電源噪聲的抑制（穩(wěn)壓電源、電源濾波器）·溫度穩(wěn)定性（低溫漂移二極管、溫度補(bǔ)償電路）·信號(hào)放大（信號(hào)放大器）W波段檢波器實(shí)物圖微波檢波器的設(shè)計(jì)Howtoimproveit-高靈敏度設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)寬帶化的微波檢波器，需要注意以下幾個(gè)關(guān)鍵因素：·帶寬匹配（寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)）·器件特性（環(huán)形二極管、雙極型傳輸線二極管）·

帶通濾波·技術(shù)細(xì)節(jié)（最小化電容和電感的影響、高頻傳輸線損耗）182GHz集成檢波接收機(jī)微波檢波器的設(shè)計(jì)Howtoimproveit-寬帶化設(shè)計(jì)微波檢波器的芯片化設(shè)計(jì)是將傳統(tǒng)的離散元件微波檢波器中的電路元件集成到一塊半導(dǎo)體芯片上的過程。通過芯片化設(shè)計(jì)，可以減少系統(tǒng)復(fù)雜度，提高可靠性，降低制造成本和占用空間檢波器版圖加工實(shí)物圖上圖為一個(gè)微波檢波器的版圖和加工實(shí)物圖，該檢波器的工作頻率為23-34GHz，電壓靈敏度為6000mV/mW，等效噪聲功率為11.5~36.0pW/Hz1/2微波檢波器的設(shè)計(jì)Howtorealizeit-芯片化設(shè)計(jì)·選取合適的半導(dǎo)體工藝（GaAs、SiGe）·器件模型設(shè)計(jì)（二極管、電容、電感建模）·電路拓?fù)湓O(shè)計(jì)·工藝流程和制