1、第四講：微波混頻器的主要指標,任何一個電路部件都必須用一些指標來表示及性能.這些指標既是電路性能好壞的量度,又是電路設計與調試的依據(jù)。對微波混頻器來講,這些指標是:變頻損耗,噪聲系數(shù),端口隔離,輸入駐波比,動態(tài)范圍和頻帶寬度等.其中變頻損耗和噪聲系數(shù)是重要的指標.我們本節(jié)予以重點討論. 一、變頻損耗L 微波混頻器的作用是將微波信號轉換為中頻信號，頻率變換后的能量損耗即為變頻損耗。微波混頻器的小信號傳輸特性的研究任務包括： (1) 輸入信號功率經過混頻器后有多少功率轉換成中頻信號功率，即變頻損耗。(2) 當混頻器的源電導Gg和輸出電導G0為何值時，變頻損耗最小。,微波混頻器的主要指標,定義:混頻

2、器的輸入微波資用功率與輸出中頻資用功率之比.,或,損耗來源及組成部分： 寄生頻率所產生的凈變頻損耗L1。 二極管寄生參數(shù)Rs,Cj所引起的管內損耗L2.,微波混頻器的主要指標,輸入、輸出端不匹配所引起的失配損耗L3. 電路連線產生的熱損耗L4. 凈變頻損耗L1,一般混頻器中，L40.2db，我們重點討論前三項:,混頻器中寄生頻率雖然很多、在設計良好混頻器中絕大部分寄生頻率可被有效短路,惟獨鏡像頻率和信號不易分開,一般不容易被輕易濾掉.由三端口等效電路可知,鏡頻端口的端接情況直接影響信號功率能否有效地轉移到中頻上.所以凈變頻損耗對鏡頻阻抗依賴很大.我們首先研究在一般情況下,凈變頻損耗與鏡頻阻抗的

3、關系:,在三階導納矩陣中，令,微波混頻器的主要指標,則第三式為： 可解出 ，將此關系代入前面 二式中有： 其中,即,上式意味著,原來的三端口網絡可化成含有參數(shù)Gi的二端口網絡，如圖4-1。為了求出凈變頻損耗，首先要求出信號源資用功率和中頻輸出資用功率。,微波混頻器的主要指標,圖4-1混頻器等效二端口網絡,微波混頻器的主要指標,圖4-1中，信號源為電流源 ，內電導為 ，其資用功率 為： 為了求得中頻資用功率，應用戴維寧定理，將中頻負載 短路： 再將 斷開， ，求得從中頻端口看進去的總導 納為：,可得：,微波混頻器的主要指標,所以中頻負載的等效電流源的電流為 ，內電導為 ， 則資用功率為 ：,凈變

4、頻損耗： 實際的變頻器中，鏡端口負載可能為匹配、短路、開路三種情況：,鏡像匹配混頻器：將 代入上式，并令,微波混頻器的主要指標,可得：最小凈變損耗： 最佳源電導： 最佳輸出電導： 鏡像短路混頻器：將 代入上式，令,微波混頻器的主要指標,可得：最小凈變損耗：,最佳源電導：,最佳輸出電導：,鏡像開路混頻器：將 代入上式，令 ， 可得：最小凈變損耗：,微波混頻器的主要指標,最佳輸出電導：,最佳源電導：,微波混頻器的主要指標,這三種凈變頻損耗與本振峰值電壓關系為： 隨著 一致下降； 管子寄生損耗L2, 一般 ；, 的實際改善度再0.52db之間；,隨著 ；,信號功率加到混頻二極管上并不等于全部加到非線

5、形電阻Rj上,由二極管等效電路可知,Rs和本征參數(shù)串聯(lián),必然消耗一部分能量.同時電容Cj和Rj并聯(lián),還起到了分流作用。而真正加到Rj上的只是一部分功率.把Rs損耗和Cj分流作用統(tǒng)稱為二極管寄生損耗。,微波混頻器的主要指標,圖4-2 最小凈變頻損耗與本振電壓幅值的關系,微波混頻器的主要指標,由下圖可知，加到二極管上的總功率為：,圖4-3 考慮寄生參數(shù)影響時計算變頻損耗的電路,微波混頻器的主要指標,得到： 而加到 上，用于混頻的部分為： 寄生損耗： 調整 ，使 的最小寄生損耗為：,L1+L2為混頻二極管的總損耗。,微波混頻器的主要指標,圖4-4畫出了Rs、Cj及二極管總變頻損耗隨本振激勵功率的變化

6、曲線?？梢姡‘?shù)剡x擇本振幅度能使實際變頻損耗達到最小。,微波混頻器的主要指標,圖4-4 二極管總變頻損耗與本振激勵功率的關系,微波混頻器的主要指標,輸入、輸出端的失配損耗L3,由于輸入端不匹配,使信號功率部分反射、不能全部加到二極管上,而輸出端不匹配.使變頻后的中頻功率不能全部送給中頻負載.這兩部分的總損耗為： 實際混頻器的總變頻損耗為28db.,微波混頻器的主要指標,二、噪聲系數(shù),微波混頻器大都位于接收機前端.其噪聲性能對接收機靈敏度影響很大.盡可能降低噪聲是設計混頻器時必先考慮的.定義噪聲系數(shù)時,把混頻器看成一個準線形二端口網絡.雖然輸入信號的頻率和輸出中頻信號的頻率是完全不同的.但輸出

7、中頻信號的幅度和輸入信號的幅度都是完全成線形比例關系的.因而包絡變化規(guī)律相同.,對線性二端口網絡,噪聲系數(shù)是表示其出口端信噪比比入口端信噪比惡化的程度.即：,微波混頻器的主要指標,所以： 1、鏡像短路和開路混頻器,其中， 為變頻損耗； 表示輸入、輸出端信號,資用功率； 表示相應的噪聲資用功率。,把混頻器看成衰減為Lm.處在絕對溫度下的二端口網絡. 先假定系統(tǒng)都處在溫度下.則總輸出資用噪聲功率為：,微波混頻器的主要指標,圖4-5 鏡像短路（或開路）混頻器噪聲等效電路,微波混頻器的主要指標,很顯然上式第一項為與輸入噪聲功率對應的輸出，第二項必為內部噪聲在溫度 下產生的附加輸出噪聲功率。把 換成 則

8、為實際內部噪聲功率。 為混頻管的噪聲溫度比，由 所以噪聲系數(shù)為： 混頻器的等效噪聲溫度為：,微波混頻器的主要指標,相應的噪聲溫度比為： 混頻器的噪聲系數(shù)可表示為： 2、鏡像匹配混頻器,在鏡像匹配時,鏡像頻率附近的噪聲也加到混頻管上.混頻之后也成為中頻噪聲體現(xiàn)在總輸功噪聲功率中.總的輸出噪聲功率比短路、開路混頻器增大.這一點是肯定的.,對于通常信號頻帶較窄的單端口接收情況：鏡頻端只進噪聲,不進信號,則鏡頻噪聲功率等效于使混頻器內部噪聲增加.在溫度 下總輸出資用功率為：,微波混頻器的主要指標,圖4-6 鏡像匹配（雙通道）混頻器,微波混頻器的主要指標,顯然第一項為信號與鏡頻端的噪聲的對應的輸出,第二

9、項則為管子噪聲輸出.用 代替 后： 只有和信號一起輸入的噪聲可視為源噪聲、其功率為 所以：,微波混頻器的主要指標,相應的：,對于射電天文接收和其它輻射計接收：測量對象是總輻射的等效亮度溫度,信號頻率極寬、鏡像頻率端口也和信號端口一樣進信號.這是鏡頻噪聲也稱為源噪聲.即,微波混頻器的主要指標,相應的： 所以單通道接收機由于鏡像噪聲而使噪聲系數(shù)增大.為了改 善可在管子前面加鏡頻抑制濾波器. 3、混頻器中頻放大組件的噪聲系數(shù),混頻器后面接中頻放大器.接收機噪聲主要由這兩部分決定.,微波混頻器的主要指標,圖4-7 整機噪聲系數(shù)的計算,微波混頻器的主要指標,其中， 很大，則第三項影響很小。 由上式可知，

10、接收機的整機噪聲受 的影響極大， 對 （中頻放大器噪聲系數(shù)）有極大作用。 4、 和 的量級概念,時， 和 數(shù)量相同。這時,隨著 ，則 ，當 時，,結論：F與鏡像通道有關（L2鏡像匹配雙通道混頻器Lm) 為使 ，則,微波混頻器的主要指標,三、其它電氣指標 變頻損耗和噪聲系數(shù)是微波混頻器的關鍵指標，是設計混頻器時必須謹慎考慮的。設計一個工程化的混頻器，還要正確處理下列指標，才能滿足整機使用要求。 1、信號端口與本振端口的隔離度 如果信號端口與本振端口的隔離較差，信號能量將會泄漏到本振端口，造成能量損失，以及本振能量泄漏到信號端口，造成信號源的不穩(wěn)定及向外輻射能量，因此要求信號端口與本振端口之間具有

11、一定的隔離度。 用PS表示輸入信號功率，PLS表示信號泄漏到本振端口的功率，則隔離度定義為LSL=10 lg(PS/PLS)。,微波混頻器的主要指標,也可用PL表示輸入本振功率，PSL表示本振泄漏到信號端口的功率，則隔離度定義為LLS=10 lg(PL/PSL)。根據(jù)互易原理， 可得到LLS=LSL。一般信號端口與本振端口的隔離是通過采用特殊的電路結構來實現(xiàn)的，如采用定向耦合器來接入信號及本振,微波混頻器的主要指標,2、輸入駐波比 混頻器的輸入端反射不僅導致失配損耗，而且當混頻器為接收機前置級時，由于反射信號在天線與接收機之間來回傳輸，從而使輸入端信號產生相位失真。在某些相位關系要求較高的系統(tǒng)里，對輸入駐波比有特別嚴格的要求，在一般情況下，輸入駐波比應小于2。 3、動態(tài)范圍 混頻器的動態(tài)范圍指能夠使混頻器有效工作的輸入電平范圍。 4、頻帶寬度 頻帶寬度是指滿足各項指標的混頻器工作頻率范圍，它主要取決于二極管的寄生參量及組成電路各元件的頻帶寬