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第五章微波倍频器

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第五章微波倍频器

第五章微波倍频器

P
+ + + +
N
P
N
W (b)
PN结电荷分布图 （a）初期，扩散运动为主；（b）平衡期 ，扩散 和漂移平衡形成势垒（~0.7V）；（c）正偏，W 减小，C增大；（d）反偏，W增大，C减小；
变容二极管的结构及其等效电路
SiO2 Cr-Au 欧姆接触 P Au-Ge
+ +
A N N+硅 B
P+ 耗尽层
§5.2 变容二极管及阶跃恢复二极管
变容二极管是一种结电容随外加偏压非线性变 化的二极管。 变容二极管的非线性电容可以采用PN结或肖 特基结形成，如无特别说明，变容管一般指 PN结型的二极管，它可用于微波压控振荡 器、微波倍频器、微波移相器、微波上变频器 及微波限幅器等。
变容二极管
PN结结电容形成的原理
§5.1 引
言
倍频器的工作原理
把输入频率的正弦波能量通过非线性器件（如 非线性电阻、电容），使其输出波形发生畸变， 产生各次谐波，再用滤波电路把所需要的谐波能 量取出送到负载。
倍频器用途
多用在微波和毫米波发射机和接收机电路， 产生在基频振荡器上无法获得的高频率的本征 信号源。
倍频器主要技术指标
1）波形纯度 所需频谱幅度与杂波频谱幅度之比，单位：dB； 2）工作频率及倍频次数 工作频率：输入/输出频率；倍频次数：输出频率与输入频率的比值。 3）输出功率 倍频器在一定输入功率情况下的输出功率； 4）变频损耗（效率） 输出所需谐波功率与输入基波功率之比； dB——变频损耗，百分数——效率； 5）驱动功率 能使倍频器正常工作的最小输入基波信号的功率； 6）带宽 一般以输出功率下降3dB的频率变化范围表示； 7）输入、输出驻波比 表征倍频器输入、输出端口匹配性能的技术指标，理想值为1。

第5章_高功率微波源

第5章_高功率微波源
甚至亚毫米波的很宽的频率范围内产生高脉
冲功率与连续波功率
5.2.1 发展概况及基本原理
电子回旋脉塞期间包括一大类器件,这 类期间又称为回旋管系列,属于快波器件. 电子回旋脉塞器件能以各种方式在跨越 厘米波,毫米波甚至亚毫米波的范围内产 生高脉冲功率与连续波功率
电子回旋脉塞发展历史
电子回旋脉塞起源于50年代末期,但是有3位学者开始进行电 子回旋脉塞互相作用产生微波的理论研究.
第五章 高功率微波源 Development and Appling of High Power Microwave(HPM)
5.1 引言
5.2 电子回旋脉塞及回旋管系列
5.3 相对论普通微波管系列 5.4 其他高功率微波器件
电磁波谱及主要产生方式
1 高功率微波(high power microwave-HPM)
如果高频场的角频率与电子回旋频率相等,受加 速的电子数等于受减速的电子数 如国高频场的角频率小于电子回旋频率.电磁波 场的旋转速度略慢于电子的旋转速度,则电子的 群聚落入加速场,有更多的电子受到加速而从波 场获得能量,场被电子吸收能量而衰减. 如国高频场的角频率大于电子回旋频率,电磁波 场的旋转速度略大于电子的旋转速度,则电子的 群聚落入波场的减速区.在场的一个周期内,减 速的电子数大于加速的电子数.净效果是电子注 失去能量,将能量交给高频场,波场得到增强,于 是产生微波振荡或放大.
非致命武器1美国陆军实验室正在研制的地面车辆制动装置就是利用微波源产生的脉冲波爆使远处的正在高速行驶的汽车失灵甚至报废2电力分配弹药epdmelectricpowerdistributionmanition当其飞抵目标上方时爆炸释放出大量松散的传导性碳纤维缠丝随风飘落缠绕在高能电缆上使电子设备严重短路3目前正在研制中的隐蔽式眩目激光武器是使用荧光技术其发射出的紫外光照射眼睛后眼睛会产生荧光感应出现视线模糊使人致晕但无致人失明的危险

微波射频器件介绍

微波射频器件介绍

dB
dB dB dB dBm ns ns
HMC273MS10G / 273MS10GE数字衰减器
控制电压输入 V1 16dB 高 高 高 高 高 低 低 V2 8dB 高 高 高 高 低 高 低 V3 4dB 高 高 高 低 高 高 低 V4 2dB 高 高 低 高 高 高 低 V5 1dB 高 低 高 高 高 高 低
混频器HMC422技术参数Vdd＝3V 参数 IF=100MHz LO=0dBm 单位
1 频率RF、LO
2 IF 3 转换损失 4 噪声系数 5 RF-LO隔离 6 LO-IF隔离
1.2～2.5
DC~ 1.0 8～10.5 8～10.5 30 15～20
GHz
GHz dB dB dB dB
7 IP3
倍频器HMC443的技术参数(Vdd=5V)
输入频率 输出频率 输入功率 输出功率
典型值 2.45 ~ 2.8 9.8 ~ 11.2 -15 ~ +5 4
单位 GHz GHz dBm dBm
谐波抑制
输入回波损耗 输出回波损耗 单边带相位噪声 (偏移100KHz处，输入为0dBm) 供电电流
25
15 8 -142 52
8 1dB压缩点输入
15
8
dB
dBm
HMC422MS8混频器
HMC422MS8混频器
压控振荡器HMC513LP5
压控振荡器采用HITTITE公司的HMC513LP5芯片，集成了谐振器、负阻器件、变容 二极管、除二和四分频器，其输出功率为7dBm，输出频率10.43～11.46GHz相位噪 声为-110dBc/Hz@100KHz，输出为5.21～5.73GHz，输出为2.6～2.86GHz，调谐 电压为2～13V，电流270mA,由于VCO的输出功率较低，故为保证有足够的功率， 在VCO输出加一级放大器。输出频率和调谐电压的关系如图3，调谐灵敏度和调谐电 压的关系如图4，不需要外部匹配器匹配, 压控振荡器是无引脚QFN5X5mm表贴器件。 HMC513LP5

微波课件第5章

微波课件第5章

0 [Sα ] = −αl e
e −αl 0
而理想相移元件的散射矩阵应为
0 [Sθ ] = − jθ e
e − jθ 0
最常用衰减器的是吸收式衰减器, 最常用衰减器的是吸收式衰减器 它是在一段矩形波导中平行于 电场方向放置吸收片而构成, 有固定式和可变式两种。 电场方向放置吸收片而构成 有固定式和可变式两种。
= ( Γ 0 + Γ N e − j2 Nθ ) + ( Γ 1e − j 2θ + Γ N −1e − j2( N −1)θ ) + 3; e − jNθ ) + Γ 1 (e − j( N − 2 )θ + e j( N − 2 )θ ) + ⋯] = 2e − jNθ [ Γ 0 cos Nθ + Γ 1 cos( N − 2)θ + ⋯]
等效电纳的性质与其粗细及插入深度有关. 等效电纳的性质与其粗细及插入深度有关
(2) 多阶梯阻抗变换器
l=λp/4 λp/4 TE10 b1 Ze3 b3
Ze1
Ze2 b2
a）结构图 ）
b）等效电路 ）
设变换器共有N节，参考面分别为T0, T1, T2, …, TN共(N+1)个, 设变换器共有 节 参考面分别为 个 如果参考面上局部电压反射系数对称选取, 即取 如果参考面上局部电压反射系数对称选取 即取
(3) 失配负载 失配负载既吸收一部分微波功率又反射一部分微波功率, 失配负载既吸收一部分微波功率又反射一部分微波功率 而且一 般制成一定大小驻波的标准失配负载, 主要用于微波测量。 般制成一定大小驻波的标准失配负载 主要用于微波测量。 失配负载和匹配负载的制作相似, 只是尺寸略微改变了一下, 使之 失配负载和匹配负载的制作相似 只是尺寸略微改变了一下 和原传输系统失配。 和原传输系统失配。 比如波导失配负载，就是将匹配负载的波导窄边b制作成与标准 比如波导失配负载，就是将匹配负载的波导窄边 制作成与标准 波导窄边b0不一样 使之有一定的反射。设驻波比为 则有 波导窄边 不一样, 使之有一定的反射。设驻波比为ρ, 则有

倍频器

倍频器

摘要摘要W波段是目前军用毫米波技术开发的高端，频率源是W波段高频系统实现的重要部分。

倍频器是实现毫米波频率源的一种重要方式,随着倍频器的发展和应用，倍频器方面的研究也不断地深入，如今倍频技术已经发展到一个新的阶段。

本文对W波段三倍频器进行了设计、仿真。

采用两个二极管反向并联的结构实现三次倍频的方案，这种平衡倍频电路结构能够将输入频率的偶次谐波抵消掉，从而大大降低电路中的杂波量。

本文运用ADS软件建立二极管对模型并且进行匹配电路的设计，运用HFSS软件对W波段三倍频器的滤波电路和过渡转换电路进行了仿真设计，然后把S参数仿真结果导入到ADS软件中,采用谐波平衡法对W 波段三倍频器的整体电路进行仿真和优化以获得最大倍频效率。

经仿真，W频段宽带三倍频器基本达到设计要求。

变频损耗在15dB以下，谐波抑制度基本20dBc以上。

关键词：毫米波、倍频器、低通滤波器、W频段三倍频IABSTRACTABSTRACTMultiplier is one important way to realize the millimeter-wave frequency source. Following the application and development of multiplier device and circuit, the research of multiplier theory is increasing. Today frequency multiplying technology has reached a new level.Firstly W-band frequency tripler has been designed, and simulation. Diodes which constitutes anti-parallel pairs structure was used to realize the frequency tripler. Balanced Frequency tripler can suppress the even-order harmonics so effectively that the amount of clutter has been greatly reduced. In this paper, The model of diode pairs was modeled and impedance matching networks was designed in Agilent ADS. Filter circuit and transition circuit of W-band frequency tripler have been simulation designed in the HFSS, and then import simulated S-parameters into ADS software. Finally, harmonic balance analysis was used to optimize the entire circuit for maximum multiplication efficiency.By the simulation, the W band tripler almost reaches the requirement of the project. the microstrip multiplier performance is better in entire W-band with multiplier loss 15dB and harmonic suppress above 20dBc.Key word: millimeter wave, multiplier, lowpass filter, W-band tripler.II目录目录第一章引言 (1)1.1毫米波的特点及应用 (1)1.2毫米波倍频器介绍 (2)1.3毫米波倍频器的国内外发展动态 (3)1.4课题介绍 (4)第二章倍频电路的基本理论 (5)2.1倍频原理 (5)2.2非线性电路的分析 (6)2.3平衡倍频器电路设计原理[11] (8)第三章毫米波三倍频器的设计 (10)3.1概述 (10)3.2关键技术和难点 (10)3.3倍频器的研制方案和设计框图 (11)3.4二极管的选择及参数介绍 (12)3.5波导-微带过渡 (13)3.5.1 理论基础 (13)3.5.2 输入波导到微带线探针过渡的设计仿真 (14)3.5.3 输出微带到波导线探针过渡的设计仿真 (16)3.6低通滤波器的设计 (18)3.7总体电路的仿真 (20)3.7.1 第一种电路形式的仿真 (20)3.7.1.1二极管对的输入阻抗及匹配电路 (20)3.7.1.2 加入无源电路进行总体仿真 (22)3.7.2第二种电路形式的设计及仿真 (26)3.7.2.1 二对二极管对的输入阻抗及匹配电路 (26)3.7.2.2 加入无源电路进行总体仿真 (28)3.7.3第三种电路形式的设计及仿真 (30)III电子科技大学学士学位论文3.7.3.1 二极管对的输入阻抗及匹配 (30)3.7.3.2偏置电路的设计 (30)3.7.3.3 加入无源电路进行总体仿真 (31)3.9三种结构的仿真结果分析 (34)第四章结论 (37)致谢 (38)参考文献 (39)外文资料原文 (40)外文资料译文 (45)IV第1章引言第一章引言1.1毫米波的特点及应用毫米波一般指的是波长介于1~10mm的一段电磁波频谱，其相应的频率范围为30~300GHz。

微波技术与天线》第五章 微波元件(1)

微波技术与天线》第五章 微波元件(1)
微波元件按功能分类
衰减器 匹配元件 波型变换元件 相移元件 功分元件 滤波元件
2021/3/3
3
引言
基本电路元件
电阻
电感
电容
微波电阻性元件
能吸收微波能量的装置相当于电阻的作用。
微波电抗性元件
能局部集中磁场能量的装置相当于电感的作用。
能局部集中电场能量的装置相当于电容的作用。
能实现电磁能量周期性变换的装置相当于振荡回路
当工作波长=λ0时：谐振窗对通过的波没有反射。 当工作波长≠λ0时： 产生反射。
2021/3/3
16
微波电抗性元件
波导元件的实现方法
对穿电感销钉 对穿电感销钉上流过电流，在它的周围激起额外的磁 场，具有电感的性质，可以等效为并联电感。 对穿电感销钉的相对电纳与棒的粗细有关: 棒越粗，电感量越小，其相对电纳就越大。 同样粗细的棒，根数越多，电感量越小，相对电纳就
2021/3/3
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微波电抗性元件
波导元件的实现方法
电容膜片
电容膜片并联电纳的相对值：
bC
BC Y0
4b ln(csc d
g
2b
) 2t ( b g d
d b
)
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11
微波电抗性元件
波导元件的实现方法
电感膜片 主模在膜片处有平行于膜片的电场，为满足膜片的边
界条件，需要反方向的电场来抵消，故产生的高次模 是TE模。 此高次模是截止模，在膜片附近储存的磁能大于电能， 相当于一个电感。 由于膜片起分流作用，故该膜片为并联电感。
去耦 消除负载失配对信号源的影响。
调节微波源输出的功率电平。
匹配元件
无反射的吸收传输到终端的全部功率，以建立传输

微波放大器工作原理

微波放大器工作原理
微波放大器是一种专门用来放大微波信号的电子器件，它通常由射频（Radio Frequency，RF）信号源、微波输能装置和微波增幅元件等部分组成。

微波放大器的工作原理可以简单概括为：
1. 输入信号源提供射频信号：微波放大器的输入通常连接到一个射频信号源，该信号源提供待放大的微波信号。

输入信号源可以是一个外部的射频源，也可以是微波电路中的其他元件产生的微波信号。

2. 射频信号经过微波输能装置：输入的射频信号将通过微波输能装置，如传输线、波导等，将信号传递到微波增幅元件。

3. 微波增幅元件放大射频信号：微波增幅元件是微波放大器中的核心部分，它通常采用一种受激辐射过程来放大微波信号。

最常见的微波增幅元件是双极性晶体管（Bipolar Junction Transistor，BJT）和金属半导体场效应管（Metal-Semiconductor Field Effect Transistor，MESFET）等。

在这些元件内部，通过控制输入信号和直流偏置电压，可以使微波信号得到放大。

4. 放大后的信号输出：经过微波增幅元件放大后的信号将被输出到微波放大器的输出端口，供后续的信号处理或使用。

微波放大器主要通过微波增幅元件的放大作用将输入的微波信
号放大到更高的功率水平上，使信号可以被远距离传输或用于驱动其他微波器件。

同时，微波放大器还需要具备一定的线性度、稳定度和抗干扰能力，以保证输出信号的质量和稳定性。

微波放大器 原理

微波放大器原理
微波放大器是指工作频率在300MHz-300GHz范围内的放大器，其工作原理基于功率放大的电子器件。

微波放大器的主要组成部分包括输入网络、输出网络和放大器单元。

输入网络负责将输入信号传递给放大器单元，同时将反射信号回传给源端，以保证最大功率传输。

输出网络则将放大的信号传递给负载端，同时将反射信号回传给放大器单元，以保证最大功率传输。

放大器单元则负责将输入信号进行功率放大。

微波放大器的实现方式主要有两种：晶体管放大器和管子放大器。

晶体管放大器通常采用双极性晶体管或场效应晶体管作为放大元件，根据输入输出端口的连接方式可分为共射极、共基极和共格极等结构。

晶体管放大器具有体积小、功耗低和频率响应好的特点，广泛应用于通信和雷达系统中。

管子放大器则采用电子管（如磁控管和速调管）作为放大元件。

电子管具有高功率、大信号增益和较宽的频带等特点，但也存在体积庞大、功耗高和频率响应差的缺点。

由于技术的进步，现代微波系统中晶体管放大器逐渐取代了管子放大器，成为主流。

微波放大器在通信、雷达、卫星通信等领域中起着重要的作用。

通过功率放大，微波放大器能够增强微弱的输入信号，从而提高系统的传输距离和可靠性。

同时，微波放大器的设计和制造
也是一门复杂的工程，需要考虑信号的带宽、噪声系数、线性度和功耗等方面的要求。

(整理)微波滤波器讲稿

0102微波滤波器是一种在微波频段内选择性地传输或抑制特定频率信号的器件。

利用不同频率信号在传输线上的传播常数不同，实现频率选择性的传输或反射。

定义基本原理定义与基本原理早期采用集总元件（如电感、电容）实现，体积大、性能差。

中期随着微带线、波导等传输线技术的发展，滤波器逐渐小型化、高性能化。

•近期：基于新材料、新工艺的滤波器不断涌现，如高温超导滤波器、光子晶体滤波器等。

现状多种技术并存，各有优缺点，适用于不同应用场景。

随着5G、6G等通信技术的发展，对滤波器性能的要求不断提高，推动滤波器技术不断创新。

移动通信基站、终端设备等。

卫星通信地面站、卫星载荷等。

雷达系统收发组件、信号处理等。

电子对抗侦察、干扰等。

适应移动设备、可穿戴设备等应用场景的需求。

小型化、轻量化低插损、高带外抑制等，提高系统整体性能。

高性能适应多模多频、宽带通信等应用场景的需求。

多频带、宽频带满足大规模生产、商业应用的需求。

高可靠性、低成本允许低频信号通过，对高频信号具有较大的衰减作用。

低通滤波器允许某一频带内的信号通过，对该频带以外的信号具有较大的衰减作用。

带通滤波器允许高频信号通过，对低频信号具有较大的衰减作用。

高通滤波器阻止某一频带内的信号通过，对该频带以外的信号影响较小。

带阻滤波器01集中参数滤波器由集总元件（如电阻、电容、电感）构成，适用于低频段。

02分布参数滤波器由分布参数元件（如传输线、波导）构成，适用于高频段。

03混合式滤波器结合集中参数和分布参数元件，实现宽频带、高性能的滤波特性。

03采用同轴线作为传输线，具有低损耗、高功率容量等优点，但体积较大。

同轴线滤波器采用微带线作为传输线，具有体积小、重量轻、易于集成等优点，但插入损耗较大。

微带线滤波器采用波导作为传输线，具有高Q 值、低插损等优点，但体积较大且不易于集成。

波导滤波器按传输线类型分类插入损耗不同类型滤波器的插入损耗不同，一般来说，微带线滤波器的插入损耗较大，而同轴线滤波器和波导滤波器的插入损耗较小。

微波倍频器的发展与设计

第24卷　第3期2003年9月制　导　与　引　信GU IDANCE &FU ZEVol.24No.3Sep.2003文章编号:167120576(2003)0320046205收稿日期:2003-05-04作者简介:朱志勇(19792),男,硕士生,从事微波电路与系统技术的研究。

微波倍频器的发展与设计朱志勇,　王积勤(空军工程大学导弹学院,　陕西　三原713800) 摘　要:论述了微波倍频器的作用及其发展现状,分析了各种微波倍频器的工作原理,总结了微波倍频器的实现途径及其设计要点,并运用CAD 技术成功设计了S 波段G aAsFET 微波二倍频器,得到了较好的结果。

关键词:倍频器;发展;设计中图分类号:TN771 文献标识码:AThe Development and Design of Microw ave Frequency MultiplierZHU Zhi 2yong ,　W A N G Ji 2qi n(Missile Institute of Air Force Engineering University ,Sanyuan Shaanxi 713800,China ) Abstract :Summarizes the function and development actuality of microwave frequency multiplier ,anal 2yses its work principle ,and sums up its realization pathway and design key.At the same time ,designs a G aAsFET microwave frequency doublers in S 2band by using the CAD technology and gains a good result.K ey w ords :frequency multiplier ;development ;design1　微波倍频器的作用及发展现状随着微波技术的发展,微波倍频器广泛用于通信、雷达、频率合成和测量等技术中,它在小功率高稳定的振荡器、频率综合器、锁相振荡器和毫微秒脉冲产生器等技术中也得到了广泛的应用。

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P
+ + + +
N
P
N
W (b)
PN结电荷分布图 （a）初期，扩散运动为主；（b）平衡期 ，扩散 和漂移平衡形成势垒（~0.7V）；（c）正偏，W 减小，C增大；（d）反偏，W增大，C减小 欧姆接触 P Au-Ge
+ +
A N N+硅 B
P+ 耗尽层
倍频器的组成
输入滤波 RS VS 信号源 偏置电路 输入 匹配 网络 输出 匹配 网络 空闲电路 输出滤波 RL
二极管倍频器方框图
二极管平衡倍频电路原理
电路中两只同样的肖特基二极管相对于输入和输出信号分 别以反向并联和串联形式接入。这种电路实际上是一种全 波整流电路。其中在输入信号的半个周期一只二极管导通 而在另半周期另一只二极管导通。
C j (t ) = C (0)(1 − V0 + VS cos ω1t )−γ = C (V0 )(1 − p cos ω1t )−γ
C (V0 ) = C (0)(1 − V0
φ
式中，p = VS /(φ − V0 ) ，称为激励系数，而
φ
)−γ
。
当激励电压是时间的偶函数时，结电容随时间变化也是时间 的偶函数。因此，结电容的傅里叶级数表达式为
N N -GaAs C
(a) 平面管芯结构 (b)台面管芯结构 变容二极管管芯结构图
Rj Ls Rj Rs Cj
(a) 管芯等效电路
Rs Cj Cp
Ls
Rs
Cj
Cp
(b) 封装管完整的等效电路
(c) 封装管的简化等效电路
变容二极管的等效电路
表征变容管性能的静态电参数
损耗电阻 Rs ：管子的损耗，一般在1Ω左右。 反向击穿电压VB ：一般定义为反向电流达1µA时的反偏电 压值。它限制了二极管的激励电平，一般适用范围在VB ≤v≤φ 之内。 功率容量 ：为了提高变容管的功率容量，应提高其击穿电 压、降低热阻。 结电容 Cj ：对任意杂质浓度分布的PN结，其结电容是外 加电压的函数，其关系如下： V − m1 2 V −γ + C j = C j (0)(1 − ) = C j (0)(1 − )
§5.2 变容二极管及阶跃恢复二极管
变容二极管是一种结电容随外加偏压非线性变 化的二极管。 变容二极管的非线性电容可以采用PN结或肖 特基结形成，如无特别说明，变容管一般指 PN结型的二极管，它可用于微波压控振荡 器、微波倍频器、微波移相器、微波上变频器 及微波限幅器等。
变容二极管
PN结结电容形成的原理
空穴 受主 施主 电子 +++ +++ +++ +++ P (a) − − − − −−− −−− −−− −−− N − + P − + N − + W (c) − − − − − + + + + + W (d)
结电容，也叫做势垒电容，表示为
dQ = Aε / W Cj = dV
其中，A为结面积；W为空间电荷层宽 度； 为半导体的介电常数； dQ、dV 分别为PN结电荷和偏压的变化量。
i
i2 i1
iL
RL
v
二极管平衡电路原理图
二极管平衡倍频电路原理
流经每个二极管的电流分别为
i1 = is (e−α v − 1) i2 =is (eα v − 1)
1 1
T
i
i2 i1
iL
RL
v
α 式中，is 为反向饱和电流； = (nkT ) = (ηV ) ；n是理想因子；k 为玻尔兹曼常数；T为绝对温度；η 是二极管的效率常 V 数； = T 16000 是温度的等值电压。 流经反向并联二极管对的总电流就可以写为 i = i2 − i1 = 2is sinh(α v)
φ
φ
其中γ=1/（m+2）：电容-电压斜率系数；m：参杂分布指 数；
表征变容管性能的静态电参数
根据 γ 的不同，常将变容管分为以下四种不同类型： γ = 1/ 3 ，称为线性缓变结； γ =1/2，称为突变结； γ =1/2～6，称为超突变结； γ =1/15～1/30，称为阶跃恢复结。
参量放大应选用突变结二极管，限幅和倍频应选缓变 结二极管，而对于电调谐则选突变结或超突变结二极 管，其中 γ =2的超突变结二极管用得最多，因为这时 结电容与偏压的平方成反比，由此构成的电调谐振回 路的谐振频率与电压成线性关系。
二极管平衡倍频电路原理
流经负载电阻RL的电流为 iL = 0.5(i2 + i1 ) = is [cosh(α v ) − 1] 同样将关系 v = V cos ω1t 代入并借助 Bessel函数展开上式， ∞ 就可得到
iL = i0 − is + 2∑ [in cos(nω1t )]
n=2
in 式中， = is I n (αV ) ，n = 0 ，2，4， ，I n 为第一类n阶修正 L Bessel函数。
§5.1 引
言
倍频器的工作原理
把输入频率的正弦波能量通过非线性器件（如 非线性电阻、电容），使其输出波形发生畸变， 产生各次谐波，再用滤波电路把所需要的谐波能 量取出送到负载。
倍频器用途
多用在微波和毫米波发射机和接收机电路， 产生在基频振荡器上无法获得的高频率的本征 信号源。
倍频器主要技术指标
1）波形纯度 所需频谱幅度与杂波频谱幅度之比，单位：dB； 2）工作频率及倍频次数 工作频率：输入/输出频率；倍频次数：输出频率与输入频率的比值。 3）输出功率 倍频器在一定输入功率情况下的输出功率； 4）变频损耗（效率） 输出所需谐波功率与输入基波功率之比； dB——变频损耗，百分数——效率； 5）驱动功率 能使倍频器正常工作的最小输入基波信号的功率； 6）带宽 一般以输出功率下降3dB的频率变化范围表示； 7）输入、输出驻波比 表征倍频器输入、输出端口匹配性能的技术指标，理想值为1。
Rf Rs 实际情况
理想情况
（ a） 正 向 激 励
实际情况 理想情况 （ b） 反 向 激 励
SRD的等效电路（C0很小——电抗性开关）
§5.3 倍频器基本理论
非线性电阻倍频理论 非线性电抗倍频理论 二极管平衡倍频电路原理
非线性电阻倍频理论
当要求宽带或高功率的倍频器时常采用以单调正非线性电 阻为基础的电阻倍频器。 优点：能提供较宽的带宽，且比电抗性倍频器工作更加稳 定，不易产生参变振荡。 缺点：变换效率比电抗倍频器或有源倍频器低，因此应用 不如电抗性倍频器普及。
是一种具有很强非线性导电特性的二极管； 电容-电压斜率系数（也称电容非线性系数）γ =1/15～ 1/30的变容二极管； 多用于高次倍频器，梳状频谱发生器、频率合成器及锁相固 态源中；另外，还可用来产生极窄的脉冲（脉冲宽度可窄到 几十微微秒）——在毫微秒脉冲发生器、取样示波器等脉冲
技术领域的应用也很广泛。
f D1 = 1 2π Ls C j
fD2 = 2π Ls 1 C pC j Cp + C j = f D1 1 + Cj Cp
电容调制系数 γ c ： γ c = Cmax − Cmin 1 2(Cmax + Cmin )
阶跃恢复二极管
阶跃恢复二极管简称阶跃管（Step Recovery Diode，缩写为SRD）
发射模块 IFT
PA
AGC PLL1 ×5 ×4
频率源 PLO PLL2 ×5 ×2 LNA 二中频 （IFS）
fs 双 工
fT
一中频 接收模块
第五章 微波倍频器
主要内容
引言 变容二极管及阶跃恢复二极管 倍频器基本理论 变容二极管倍频器 阶跃恢复二极管倍频器 肖特基势垒二极管倍频器 微波晶体管倍频器
平衡倍频器小结—— 适合作偶次倍频器； 呈现奇、偶次谐波相互隔离的优点，即基频和奇次谐频只 在输入端口出现而输出端口只有偶次谐频； 输入与输出信号之间的隔离程度受两只二极管的平衡度的 影响；
§5.4 变容二极管倍频器
假设变容管所加的电压为 V = V0 + VS cos ω1t 将其代入变容管结电容表达式中有
C (t ) = C0 + ∑ 2Cn cos(nω1t )
∞
Cj
Cmax
C(t)
2C1
C (V0 ) 1 C0 = dω1t 2π ∫0 (1 − p cos ω1t )γ
2π
n =1
C0 0 φ V
Cmin
Cn =
C (V0 ) 1 2π cos nω1tdω1t 2π ∫0 (1 − p cos ω1t )γ
T
取v = V cos ω1t并代入上式并将其展成级数形式为
i = 4is ∑ {I 2 n +1 (αV ) × cos[(2n + 1)ω1t ]}
n=0 ∞
式中，I2n+1 是第一类（2n+1）阶Bessel函数。方程意味着 流经反向二极管对的总电流不存在直流项，而且只包含基 频和奇次谐频分量。
8) 倍频器的噪声
来自倍频器的外部——主振器（如有放大，还 包括功率放大器引入的噪声）； 来自倍频器的内部； 采用倍频链的实现方式，则整个倍频链的噪声 将有一定程度的恶化，即输入频率的n次倍频 源的相位噪声比输入基波信号的相位噪声至少 增加n2倍，这等效于n次倍频源的噪声恶化
10lg(n2 ) = 20lg(n)dB
倍频器的类型
阻性倍频——利用二极管PN结的静态非线性I-V关系，即 非线性电阻产生谐波； 参量（容性）倍频——利用变容二极管的非线性电抗特性 即非线性电量Q-V特性产生谐波； 高次倍频——利用阶跃恢复二极管（SRD）而产生高阶谐 波； 有源倍频——利用有源器件中跨导传输函数的非线性，同 时获得谐波和增益，如砷化镓场效应管，异质结双极管， 高电子迁移率晶体管等； 锁相倍频——利用强迫同步现象，将振荡器注入锁定在基 准频率n次的谐波上； 宽带倍频——利用宽带单片放大器的非线性产生谐波，并 放大谐波； 非调谐倍频——利用非线性传输线（NLTL）来实现，传 输线周期加载既可以是非对称也可以是对称的变容管，它 能提供效率和带宽。