常用微波技術(shù)
時(shí)間：2024-01-22 04:40:01 | 來(lái)源：信息時(shí)代
時(shí)間：2024-01-22 04:40:01 來(lái)源：信息時(shí)代
一、振蕩器
概述：
近年來(lái)，新材料新工藝的進(jìn)展為微波振蕩信號(hào)的產(chǎn)生、放大和合成提供了很好的條件。微波固態(tài)振蕩電路是通過(guò)諧振電路與微波固態(tài)器件的相互作用，把直流能量轉(zhuǎn)換為射頻能量的裝置。固態(tài)振蕩器工作電壓低、效率高、可靠性高、壽命長(zhǎng)、體積小、重量輕，從而在雷達(dá)、通訊、電子對(duì)抗、儀器和測(cè)量等系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。有人形象比喻微波振蕩器是微波系統(tǒng)的“心臟”，可見(jiàn)其在微波系統(tǒng)中的重要地位。
通常把振蕩器分為兩類：穩(wěn)頻振蕩器、自由振蕩器（含壓控振蕩器）等。穩(wěn)頻振蕩器又分為晶體穩(wěn)頻振蕩器（晶振、晶振倍頻鏈）、高Q腔穩(wěn)頻振蕩器（同軸腔、波導(dǎo)腔、介質(zhì)）、鎖相穩(wěn)頻振蕩器（環(huán)路鎖相、注入鎖相、取樣鎖相、諧波混頻鎖相）。同一頻率和功率的不同形式的振蕩器的成本相差很大，在使用時(shí)應(yīng)該合理選擇振蕩器的類型。
主要技術(shù)指標(biāo)：
1、工作頻率范圍：指滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的調(diào)諧頻率范圍。用起止頻率或中心頻率和相對(duì)帶
寬來(lái)表示。
2、頻率精確度： 振蕩器工作頻率偏離標(biāo)稱頻率的程度。
3、頻率穩(wěn)定度：
長(zhǎng)期穩(wěn)定度：指振蕩器的老化和元器件的性能變化以及環(huán)境條件改變導(dǎo)致的頻率的慢
變化。常用一定時(shí)間內(nèi)頻率的相對(duì)變化來(lái)表示。
短期穩(wěn)定度：與長(zhǎng)期穩(wěn)定度相比，在較小的時(shí)間間隔內(nèi)考察頻率源的穩(wěn)定程度。常用
阿倫方差來(lái)表征，以△f/f/μs（或ms）為單位。
4、相位噪聲： 是短期穩(wěn)定度的頻域表示，它可以看成是各種類型的隨機(jī)噪聲信號(hào)對(duì)相
位的調(diào)制作用。從頻域表現(xiàn)來(lái)看，頻譜不再是一根離散的譜線，而帶有
一定的寬度。通常用距離中心頻率某頻率處單位帶寬內(nèi)噪聲能量與中心
頻率能量的比值來(lái)表示，以-dBc/Hz@KHz（或MHz）為單位。
5、雜散抑制： 指與輸出頻率不相干的無(wú)用頻率成分與載波電平的比值，用dBc表示。
有時(shí)也成為雜波抑制。
6、諧波抑制： 指與輸出頻率相干的鄰近基波的諧波成分與載波電平的比值，用dBc表
示。
7、工作電壓： 指使振蕩器滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)時(shí)的正常工作電壓。
8、輸出功率： 指振蕩器的輸出電平值，用dBm表示。
二、PIN控制器件
概述：
PIN控制器件主要用于控制微波信號(hào)傳輸路徑通斷或轉(zhuǎn)換（如微波開(kāi)關(guān)、脈沖調(diào)制器等）和控制微波信號(hào)大?。ㄈ珉娬{(diào)衰減器、限幅器等）。
PIN二極管開(kāi)關(guān)：
微波開(kāi)關(guān)利用PIN管在直流正、反偏壓下呈現(xiàn)近似導(dǎo)通或斷開(kāi)的阻抗特性，實(shí)現(xiàn)了控制微波信號(hào)通道轉(zhuǎn)換作用。
主要參數(shù)說(shuō)明：
插入損耗與隔離度：開(kāi)關(guān)在導(dǎo)通時(shí)的衰減稱為插入損耗；開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)時(shí)的衰減稱為隔 離度。
開(kāi)關(guān)時(shí)間：PIN管從截止變?yōu)閷?dǎo)通，從導(dǎo)通變?yōu)榻刂顾璧臅r(shí)間為開(kāi)關(guān)時(shí)間（含導(dǎo)通
時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間）。對(duì)于不帶驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)時(shí)間定義為開(kāi)關(guān)插損狀態(tài)
與隔離狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間，通常選取10%到90%射頻電壓包絡(luò)點(diǎn)的時(shí)間
為標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)關(guān)時(shí)間。對(duì)于帶邏輯兼容驅(qū)動(dòng)器電路的開(kāi)關(guān)，一般把輸入邏輯50%
電壓值為起點(diǎn)，射頻電壓轉(zhuǎn)換10%或90%處為終點(diǎn)的時(shí)間延遲，該定義包
含了驅(qū)動(dòng)器和開(kāi)關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間兩個(gè)部分。
承受功率（功率容量）：在給定的工作條件下，微波開(kāi)關(guān)能夠不燒毀的最大連續(xù)波功率。
電壓駐波系數(shù)：反映端口匹配情況。
分類說(shuō)明：
驅(qū)動(dòng)形式：按驅(qū)動(dòng)形式可以分為模擬式（不帶驅(qū)動(dòng)器）和數(shù)字式（帶驅(qū)動(dòng)器）等。
反射與吸收：反射式開(kāi)關(guān)在“開(kāi)”與“斷”狀態(tài)下的駐波變化比較大；吸收式開(kāi)關(guān)在
“開(kāi)”與“斷”狀態(tài)下的駐波基本不變。
控制方式：開(kāi)關(guān)的TTL控制為1斷0通或1通0斷均可。
電調(diào)衰減器：
電調(diào)衰減器是一種電流控制器件，其原理是基于PIN二極管結(jié)電阻隨加在其上的電流的改變而改變的特點(diǎn)。和PIN開(kāi)關(guān)的二極管不同，PIN電調(diào)二極管的結(jié)電阻隨電流增大而緩慢變小。當(dāng)結(jié)電阻大到2歐姆時(shí)，大約需要5~25mA電流，而開(kāi)關(guān)二極管只需2~5mA電流即可。
主要參數(shù)說(shuō)明：
衰減動(dòng)態(tài)范圍：指最大衰減量與最小衰減量的分貝數(shù)之差。最小衰減量有時(shí)也稱為插
入損耗或剩余衰減。
平坦度：指衰減量的頻率特性，即在指定頻帶內(nèi)，衰減量的最大起伏。
精度： 對(duì)數(shù)控衰減器而言，是指實(shí)際衰減量相應(yīng)于標(biāo)稱衰減量的誤差。
線性度：對(duì)模擬控制衰減器而言，是指衰減量隨控制電壓（電流）變化的線性程度。
分類說(shuō)明：
反射與吸收：從駐波特性上講，PIN二極管電調(diào)衰減器可以分為兩大類：反射式和吸
收式。前者在衰減時(shí)反射能量，駐波很大，且隨著衰減量的增加而增大，
后者的駐波在衰減過(guò)程中幾乎不變，甚至隨衰減量增加而減小，這使得
吸收式比反射式更有利于使用，且性能穩(wěn)定，但其技術(shù)難度較大。
控制方式： 通常PIN電調(diào)衰減器為模擬控制方式，另一種方式是采用數(shù)字控制，其
控制為二進(jìn)制數(shù)碼，其優(yōu)點(diǎn)是便于計(jì)算機(jī)控制，且重復(fù)性、穩(wěn)定性較好。
微波限幅器：
微波限幅器是一種自控衰減器，在低功率時(shí)，信號(hào)幾乎無(wú)衰減的通過(guò)，但當(dāng)輸入功率增大到規(guī)定功率時(shí)，產(chǎn)生很大的衰減，這個(gè)規(guī)定值稱為門限電平。此后輸入功率繼續(xù)增長(zhǎng)，輸出始終保持恒定。它通常用于保護(hù)功率敏感元件，如常用于接收機(jī)的高頻放大器和混頻器之前，來(lái)保護(hù)它們不受強(qiáng)信號(hào)的影響而燒毀。此外，限幅器也常用于微波掃頻信號(hào)源或相位檢測(cè)系統(tǒng)中，使輸出信號(hào)幅度保持恒定。
主要參數(shù)說(shuō)明：
限幅門限電平：限幅器開(kāi)始工作時(shí)的輸入功率值。
插入損耗： 系統(tǒng)中接入限幅器后，在門限電平以下時(shí)對(duì)傳輸信號(hào)的損耗，通常在
-10dBm輸入功率下測(cè)量。
限幅電平： 限幅器加上額定脈沖功率后，輸出功率的平坦部分稱為平坦泄漏電平
（限幅電平）
最大脈沖功率/脈沖平均功率/等幅波功率：指限幅器所能承受的最大脈沖功率/脈沖平
均功率（與占空比有關(guān)）/等幅波功率。
恢復(fù)時(shí)間： 以輸入脈沖終止開(kāi)始，到限幅器損耗比插入損耗大3dB為止的時(shí)間。
注意事項(xiàng)：
輸入、輸出方向不能反接，否則不能起到有效的限幅作用，有可能導(dǎo)致燒毀，甚至導(dǎo)致后接電路中器件燒毀。
三、微波混頻器
概述：
混頻器是典型的頻譜搬移器件，它在微波通訊、雷達(dá)、遙感遙控、電子偵察與對(duì)抗及微波測(cè)量?jī)x器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。一方面，將低頻基帶信號(hào)調(diào)制到微波頻段，以便于信息、能量傳輸；另一方面，將含有基帶信息的微波信號(hào)降到中、低頻段，以便進(jìn)行深度的信息、信號(hào)處理。
從電路形式看，混頻器分為：?jiǎn)喂芑祛l器、單平衡混頻器、雙平衡混頻器及三平衡混頻器等。其中平衡混頻器由于在本振和射頻之間有良好的隔離，并能抑制本振的調(diào)幅噪聲，對(duì)各種混頻雜波也有所抑制，應(yīng)用最為廣泛。
參數(shù)說(shuō)明：
工作頻率：混頻器是多頻工作器件，除指明射頻信號(hào)工作頻率外，還應(yīng)注意本振和中
頻頻率應(yīng)用范圍。
噪聲系數(shù)：混頻器的噪聲定義為 NF= Pno / Pso。Pno是當(dāng)輸入端口噪聲溫度在所有頻
率上都是標(biāo)準(zhǔn)溫度即To = 290K時(shí)，傳輸?shù)捷敵龆丝诘目傇肼曎Y用功率。Pno
主要包括信號(hào)源熱噪聲、內(nèi)部損耗電阻熱噪聲、混頻器件電流散彈噪聲以
及本振相位噪聲。Pso為僅有有用信號(hào)輸入在輸出端產(chǎn)生的噪聲資用功率。
變頻損耗：混頻器的變頻損耗定義為混頻器射頻輸入端口的微波信號(hào)功率與中頻輸出
端信號(hào)功率之比。主要是電路失配損耗、二極管的固有結(jié)損耗及非線性電
導(dǎo)凈變頻損耗等引起的。
1dB壓縮點(diǎn)：在正常情況下，射頻輸入電平遠(yuǎn)低于本振電平，此時(shí)中頻輸出將隨著射
頻輸入線性變化，當(dāng)射頻電平增加到一定程度時(shí)，中頻輸出隨射頻輸入
增加的速度減慢，混頻器出現(xiàn)了飽和。當(dāng)中頻輸出偏離線性1dB時(shí)的射
頻輸入功率為混頻器的1dB壓縮點(diǎn)。對(duì)于結(jié)構(gòu)相同的混頻器，1dB壓縮
點(diǎn)取決于本振功率大小和二極管特性，一般比本振功率低6dB。
動(dòng)態(tài)范圍： 動(dòng)態(tài)范圍是指混頻器正常工作時(shí)的微波輸入功率范圍。其下限因混頻器
的應(yīng)用環(huán)境不同而異，其上限受射頻輸入功率飽和所限，通常對(duì)應(yīng)混頻
器的1dB壓縮點(diǎn)。
雙音三階交調(diào)：如果有兩個(gè)頻率相近的微波信號(hào)fs1和fs2和本振FLO一起輸入到混頻
器，由于混頻器的非線性作用，將產(chǎn)生交調(diào)，其中三階交調(diào)可能出現(xiàn)
在中頻附近的地方，落入中頻通帶內(nèi)，造成干擾，通常用三階交調(diào)抑
制比來(lái)描述，即游泳信號(hào)功率與三階交調(diào)信號(hào)功率比值，常表示為
dBc。因中頻功率隨輸入功率成正比，當(dāng)微波輸入信號(hào)減小1dB時(shí)，
三階交調(diào)信號(hào)抑制比增加2dB。
隔離度： 混頻器隔離度是指各頻率端口間的相互隔離，包括本振與射頻、本振與
中頻、射頻與中頻之間的隔離。隔離度定義為本振或射頻信號(hào)泄漏到其
它端口的功率與輸入功率之比，單位dB。
本振功率： 混頻器的本振功率是指最佳工作狀態(tài)時(shí)所需的本振功率。原則上本振功
率愈大，動(dòng)態(tài)范圍增大，線性度改善（1dB壓縮點(diǎn)上升，三階交調(diào)系數(shù)
改善）。
端口駐波比：端口駐波比直接影響混頻器在系統(tǒng)中的使用，它是一個(gè)隨功率、頻率變
化的參數(shù)。
中頻剩余直流偏差電壓：當(dāng)混頻器作鑒相器，只有一個(gè)輸入時(shí)，輸出應(yīng)為零。但由于
混頻管配對(duì)不理想或巴倫不平衡等原因，將在中頻輸出一個(gè)
直流電壓，即中頻剩余直流偏差電壓。這一剩余直流偏差電
壓將影響到鑒相精度。
四、微波放大器
概述：
放大器用于微波能量放大，常分為低噪聲放大器（小信號(hào)放大器）、功率放大器等。設(shè)計(jì)低噪聲放大器需要考慮以下幾個(gè)方面：
1、噪聲特性
根據(jù)理論分析，要獲得最小的FET本征噪聲，從FET輸入端向信源方向視入的反射系數(shù)有個(gè)最佳值，此即最佳噪聲匹配狀態(tài)。
2、多級(jí)放大器的噪聲分配
低噪聲放大器在微波系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，常常需要前加隔離器，后與混頻器級(jí)聯(lián)，或在級(jí)聯(lián)放大器中有衰減器，它們對(duì)系統(tǒng)的影響各不相同，如處理不當(dāng)，可能使系統(tǒng)噪聲變差。
3、穩(wěn)定性
穩(wěn)定性對(duì)放大器至關(guān)重要，改善穩(wěn)定性可采用以下措施：1）在MESFET的源極和地之間串接一個(gè)阻抗元件，從而構(gòu)成負(fù)反饋；2）在天線與低噪聲放大器之間加入鐵氧體隔離器；3）串入π型阻性衰減器。
4、基本電路
放大器基本電路包括輸入、輸出匹配回路、級(jí)聯(lián)放大器中還有級(jí)聯(lián)匹配電路。
參數(shù)說(shuō)明：
噪聲系數(shù)： 表征了一個(gè)微波器件對(duì)其放大信號(hào)噪聲劣化程度，任意微波器件的噪聲
系數(shù)定義為 Nf = （Sin/Nin）/（Sout/Nout）。其中（Sin/Nin）為輸入
信號(hào)的信噪比；（Sout/Nout）輸入信號(hào)的信噪比。
功率增益： 有多種功率增益的定義，如資用增益、實(shí)際增益等。對(duì)于實(shí)際使用的放
大器來(lái)說(shuō)，功率增益是指信號(hào)源和負(fù)載都是在50歐姆標(biāo)準(zhǔn)阻抗條件下，
考慮了放大器輸入輸出失配的功率增益，一般用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測(cè)量。
增益平坦度：指定頻帶內(nèi)功率增益的起伏，以最高增益與最低增益之間的分貝差來(lái)表
示。
動(dòng)態(tài)范圍： 其下限受放大器噪聲性能的限制，上限取決于非線性指標(biāo)。
1dB壓縮點(diǎn)：在正常工作情況下，放大器輸出功率將隨輸入功率線性變化，當(dāng)輸入電
平增加到一定程度時(shí)，輸出電平隨輸入電平增加的速度減慢，放大器出
現(xiàn)飽和。當(dāng)輸出電平偏離線性1dB時(shí)的輸入功率為1dB壓縮電平。
五、 微波/RF濾波器
概述：
濾波器是無(wú)線電技術(shù)中許多設(shè)計(jì)問(wèn)題的中心，它具有選頻功能，抑制不需要的頻率信號(hào)，選取被淹沒(méi)的信號(hào)。目前由于微波頻段的信號(hào)越來(lái)越密集，對(duì)信號(hào)選取工作的要求也越來(lái)越高。
參數(shù)說(shuō)明：
通帶頻率范圍： 即濾波器通過(guò)或截止信號(hào)的頻率界限。一般可用截止頻率等
絕對(duì)頻率來(lái)表示，也可用中心頻率和相對(duì)帶寬等相對(duì)值來(lái)表
示。
插入損耗（或通帶損耗）：即有用信號(hào)通過(guò)的能力，由濾波器殘存的反射及濾波器元件
的損耗所引起，也受限于傳輸媒質(zhì)的固有Q值。一般希望
盡可能小。
帶外衰減（或阻帶衰減）：即對(duì)不需要信號(hào)的抑制能力，一般希望盡可能大，并在通帶
范圍內(nèi)陡峭的下降。通常取通帶外與帶寬為一定比值的某一
頻率的衰減值作為此項(xiàng)指標(biāo)。
寄生通帶： 為濾波器特有的指標(biāo)。由于分布參數(shù)頻率相關(guān)的周期性，使
得在設(shè)計(jì)通帶一定距離處又產(chǎn)生了通帶（各通帶中心頻率之
間呈整倍數(shù)關(guān)系），即寄生通帶。一般來(lái)說(shuō)，寄生通帶所產(chǎn)
生的響應(yīng)與主通帶的相差甚遠(yuǎn)，無(wú)需特別考慮，但如果需抑
制的頻率正好落在寄生通帶內(nèi)，則需特別考慮。
紋波： 指通帶內(nèi)信號(hào)幅度的起伏程度，通常規(guī)定起伏的最大值和最小值之差。
六、功分器
概述：
功分器是功率分配器的簡(jiǎn)稱，它是一種將一路輸入信號(hào)能量分成兩路或多路輸出相等或不相等能量的器件，也可反古將多路信號(hào)能量合成一路輸出，此時(shí)可也稱為合路器。一個(gè)功分器的輸出端口之間應(yīng)保證一定的隔離度。
功分器通常為能量的等值分配，通過(guò)阻抗變換線的級(jí)聯(lián)與隔離電阻的搭配，具有很寬的頻帶特性。
參數(shù)說(shuō)明：
插入損耗：器件直通損耗，其計(jì)算公式為所有路數(shù)的輸出功率之和與輸入功率的比值，或單路的實(shí)際直通損耗減去理想的分配損耗，一般理想分配損耗由下式獲得：
理想分配損耗（dB）= 10Log（1 / N） N為功分器路數(shù)
隔離度： 當(dāng)主路接匹配負(fù)載時(shí)，各分配支路之間的衰減量。
幅度平衡：指頻帶內(nèi)所有輸出端口之間的幅度誤差最大值。
相位平衡：指頻帶內(nèi)所有輸出端口之間相對(duì)于輸入端口相移量起伏程度。
七、定向耦合器
概述：
定向耦合器常用于對(duì)規(guī)定流向微波信號(hào)進(jìn)行取樣。在無(wú)內(nèi)負(fù)載時(shí)，定向耦合器往往是一四端口網(wǎng)絡(luò)。
定向耦合器常有兩種實(shí)現(xiàn)方法，一為耦合定向耦合器，其耦合區(qū)長(zhǎng)度為四分之一的整數(shù)倍，其直接輸出和耦合輸出端口在結(jié)構(gòu)上不相鄰，輸出相位差往往是90度或180度，剩余的一個(gè)端口為隔離端，理論上隔離端不輸出任何能量。另一種為分支線定向耦合器，兩輸出端口結(jié)構(gòu)上相鄰，輸出相位差也可以實(shí)現(xiàn)90度或180度，常用于強(qiáng)耦合場(chǎng)合。
參數(shù)說(shuō)明：
耦合度： 當(dāng)其余端口接匹配負(fù)載時(shí)，耦合端輸出功率與主線輸入功率之比。
耦合損耗：由于一定能量傳輸?shù)今詈隙硕鹬骶€輸出功率減小，它等于主線插入損
耗的理論值。
主線損耗：當(dāng)匹配負(fù)載接主線外各端口時(shí)，在傳輸系統(tǒng)中由于耦合器的插入而引起的
負(fù)載獲得功率的變化，主線插入損耗也包括能量耦合損耗和能量耗散損耗
兩方面。
方向性： 當(dāng)功率在指定方向上傳輸時(shí)，耦合端口的輸出功率與同樣功率在相反方向
傳輸時(shí)同一耦合端口的輸出功率之差。對(duì)雙定向耦合器而言，定義為兩個(gè)
耦合端輸出功率之差。
八、微波/RF電纜組件
微波電纜組件采用專用壓接工具對(duì)各類電纜連接器與電纜（半剛性電纜和半柔性電纜）直接壓接而成。特點(diǎn)是：頻帶寬、一致性好、可靠性高，特別適用于性能要求較高的設(shè)備和儀器。
半剛性電纜組件：電纜損耗小，可靠性高，屏蔽特性好，但只能一次成形，成形后電
纜外形不能改變，常用于儀器設(shè)備內(nèi)部等固定場(chǎng)合。半剛性電纜采
用壓接工藝，避免焊接對(duì)介質(zhì)的損傷，連接器的內(nèi)導(dǎo)體直接由剛性
電纜的內(nèi)導(dǎo)體形成，盡可能減少電纜的不連續(xù)性，保證了電纜的寬
帶特性。
半柔性電纜組件：在滿足半剛性電纜電性能的同時(shí)，著重提高其機(jī)械性能，其最小彎
曲半徑小，可以任意成形，彎制容易且相位穩(wěn)定。適用于高精度測(cè)
試和要求較高的微波系統(tǒng)。
常用技術(shù)指標(biāo)有頻率范圍、特性阻抗、插入損耗、中心導(dǎo)體接觸電阻、外導(dǎo)體接觸電阻、電壓駐波比、絕緣電阻等。
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網(wǎng)站
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營(yíng)銷
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設(shè)計(jì)
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運(yùn)營(yíng)
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優(yōu)化
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效率
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