放大器 混频器 天线.doc

放大器微波在线噪声系数噪声系数表征了一个微波器件对其放大信号噪声劣化程度，任意微波器件的噪声系数定义如下：Nf=(Sin/Nin)/(Sout/Nout)其中 (Sin/Nin)输入信号的信噪比；(Sout/Nout)输出信号的信噪比。功率增益：有多种功率增益的定义，如资用增益、实际增益等。对于实际使用的放大器来说，功率增益是指信号源和负载都是在50 标准阻抗条件下，考虑了放大器输入输出失配的功率增益，一般用网络分析仪进行测量。增益平坦度： 指定频带内功率增益的起伏，以最高增益与最低增益之间的分贝差来表示。动态范围： 指输入信号允许的最大的、最小功率范围。其下限受放大器噪声性能的限制，上限取决于非线性指标。1dB压缩点：在正常工作情况下，放大器输出功率将随输入功率线性变化，当输入电平增加到一定程度时，输出电平随输入电平增加的速度减慢，放大器出现饱和。当输出电平偏离线性1dB时的输出功率为1dB压缩电平。混频器微波在线工作频率混频器是多频工作器件，除指明射频信号工作频率外，还应注意本振和中频频率应用范围。噪声系数混频器的噪声定义为：NF=Pno/Pso Pno是当输入端口噪声温度在所有频率上都是标准温度即T0=290K时，传输到输出端口的总噪声 资用功率。Pno主要包括信号源热噪声，内部损耗电阻热噪声，混频器件电流散弹噪声及本振相位噪声。Pso为仅有有用信号输入在输出端产生的噪声资用功率。变频损耗混频器的变频损耗定义为混频器射频输入端口的微波信号功率与中频输出端信号功率之比。主要由电路失配损耗，二极管的固有结损耗及非线性电导净变频损耗等引起。1dB压缩点在正常工作情况下，射频输入电平远低于本振电平，此时中频输出将随射频输入线性变化，当射频电平增加到一定程度时，中频输出随射频输入增加的速度减慢， 混频器出现饱和。当中频输出偏离线性1dB时的射频输入功率为混频器的1dB压缩点。对于结构相同的混频器，1dB压缩点取决于本振功率大小和二极管特性，一般比本振功率低6dB。动态范围动态范围是指混频器正常工作时的微波输入功率范围。其下限因混频器的应用环境不同而异，其上限受射频输入功率饱和所限，通常对应混频器的1dB压缩点。双音三阶交调如果有两个频率相近的微波信号fs1和fs2和本振fLO一起输入到混频器，由于混频器的非线性作用，将产生交调，其中三阶交调可能出现在输出中频附近的地方，落入中频通带以内，造成干扰，通常用三阶交调抑制比来描述，即有用信号功率与三阶交调信号功率比值，常表示为dBc。因中频功率随输入功率成正比，当微波输入信号减小1dB时，三阶交调信号抑制比增加2dB。隔离度混频器隔离度是指各频率端口间的相互隔离，包括本振与射频，本振与中频，及射频与中频之间的隔离。隔离度定义为本振或射频信号泄漏到其它端口的功率与输入功率之比，单位dB。本振功率混频器的本振功率是指最佳工作状态时所需的本振功率。原则上本振功率愈大，动态范围增大，线性度改善（1dB压缩点上升，三阶交调系数改善）。端口驻波比端口驻波直接影响混频器在系统中的使用，它是一个随功率、频率变化的参数。中频剩余直流偏差电压当混频器作鉴相器时，只有一个输入时，输出应为零。但由于混频管配对不理想或巴伦不平衡等原因，将在中频输出一个直流电压，即中频剩余直流偏差电压。这一剩余直流偏差电压将影响鉴相精度。应用频率变换：这是混频器的一个众所周知的用途。常用的有双平衡混频器和三平衡混频器三平衡混频器由于采用了两个二极管电桥。三端口都有变压器，因此其本振、射频及中频带宽可达几个倍频程，且动态范围大，失真小，隔离度高。但其制造成本高，工艺复杂，因而价格较高。鉴相：理论上所有中频是直流耦合的混频器均可作为鉴相器使用。将两个频率相同，幅度一致的射频信号加到混频器的本振和射频端口，中频端将输出随两信号相差而变的直流电压。当两信号是正弦时，鉴相输出随相差变化为正弦，当两输入信号是方波时，鉴相输出则为三角波。使用功率推荐在标准本振功率附近，输入功率太大，会增加直流偏差电压，太小则使输出电平太低。可变衰减器/开关：此类混频器也要求中频直流耦合。信号在混频器本振端口和射频端口间的传输损耗是有中频电流大小控制的。当控制电流为零时，传输损耗即为本振到射频的隔离，当控制电流在20mA以上时，传输损耗即混频器的插入损耗。这样，就可用正或负电流连续控制以形成约30dB变化范围的可变衰减器，且在整个变化范围内端口驻波变化很小。同理，用方波控制就可形成开关。相位调制器（BPSK）：此类混频器也要求中频直流耦合。信号在混频器本振端口和射频端口间传输相位是由中频电流的极性控制的。在中频端口交替地改变控制电流极性，输出射频信号的相位会随之在0和180 两种状态下交替变化。正交相移键控调制：QPSK是由两个BPSK、一个90度电桥和一个0度功分器构成。I/Q调制/解调器 调制与解调实为相互逆反的过程，在系统中是可逆。这里主要介绍I/Q解调器，I/Q解调器由两个混频器、一个90度电桥和一个同相功分器构成。镜像抑制混频器：抑制镜像频率的滤波器一般都是固定带宽的。但当信号频率改变时，镜频频率也随之改变，可能移出滤波器的抑制频带。在多信道接收系统或频率捷变系统中，这种滤波器将失去作用。这时采用镜频抑制混频器，本振频率变化时，由于混频器电路内部相位配合关系，被抑制的镜频范围也将随之改变，使其仍能起到镜频抑制的作用。由于电路不是完全理想特性，存在幅度不平衡和相位不平衡，可能使镜像抑制混频器的电性能发生恶化，下图为幅度不平衡和相位不平衡对电性能响加以说明。单边带调制器：在多信道发射系统中，由于基带频率很低若采用普通混频器作频谱搬移，则在信道带宽内将有两个边带，从而影响频谱资源的利用。这时可采用单边带调制器来抑制不需要的边带，其基本结构为两个混频器、一个90度 功分器和一个同相功分器。将基带信号分解为正交两路与本振的正交两路信号混频，采用相位抵销技术来抑制不需要的边带，本振由于混频器自身的隔离而得到抑制。天线微波在线频率范围天线适用的最高及最小频率。增益增益是用来表示天线集中辐射的程度。天线在某一方向的增益定义为：在相同的输入功率下，天线在某一方向某一位置产生的电场强度的平方（E2）与无耗理想点源天线在同一方向同一位置产生的电场强度的平方（E02）的比值，通常以G表示。G=E2/E02（同一输入功率）同样，增益也可以这样来确定：在某一方向向某一位置产生相同电场强度的条件下，无耗理想点源天线的输入功率（Pino）与天线的输入功率（Pin）的比值，即称为该天线在该点方向的增益。G=Pino/Pin（同一电场强度）通常是以天线在最大辐射方向的增益作为这一天线的增益。增益通常用分贝表示。即：G=101gPino/Pin天线增益的计算：G=4S/2=（/）2D2式中，S-天线口径面积（平方米）；-工作波长（米）；D-抛物面口径（即面口直径）（米）；-天线效率。方向图如果反天线在各方向辐射击的强度用从原点出发的矢量长短来表示，则连接全部矢量端点所形成的包络就是天线的方向图。它显示出天线的在不同方向辐射的相对大小，这种方向图称为立体方向图。矢径的方向代表辐射的方向，矢径的长短代表辐射击的强度。方向图包含有许多波瓣，其中包含最大辐射方向的波瓣称为主瓣。其它依次称为第一副瓣，第二副瓣等。主瓣宽度定义为在方向图上增益相对于最高增益下降3分贝的宽度，单位为度（弧度）。副瓣电平副瓣的最大值相对主瓣最大值的比，称为副瓣电平，一般用分贝来表示，其定义为：101g（副瓣最大值功率/主瓣最大值功率）如：副瓣最大值与主瓣最大值相应功率之比为0.01,则副瓣电平为-20dB。天线噪声温度进入天线的噪声主要来银河系的宇宙噪声和来自大地、大气的热噪声。不同口径的天线、不同频段、不同仰角和不同环境，天线的噪声都不相同。在C波段，宇宙噪声很小，主要是大地和大气的热噪声。在Ku波段，这些噪声也随着频率而增加。 同一仰角时，天线尺寸越大波束越窄，因此天线的噪声温度TA（K）越小，不 过随着仰角加大，这种差别变小。而同一天线尺寸时，天线仰角越大，天线的噪声温度TA（K）越低，反之越小，TA越高。这是因为仰角越小，信号穿过大气层厚度越大，从而气象噪声、大气噪声越强。电压驻波比&回波损耗电压驻波比用来表述端口的匹配性能的。同一性能还可用回波损耗来表述。这两个指标定义如下，电压驻波比：VSWR=(1+|r|)/(1-|r|) r ：为发射系数 =ZL-Z0/ZL+Z0 ZL为输入阻抗，Z0为理想阻抗回波损耗：RL=10log(入射功率/反射功率） 效率（）输入到天线的射频功率，由于天线系统中的热损耗、介质损耗、感应损耗（悬挂天线的设备及大地的感应损耗）而消耗一部分，因此不能全部变为电磁波辐射出去。天线效率表示天线是否有效的转换能量，是天线重要参数之一，发射天线的效率是指真正射出去的功率Pr 与输入到天线的总功率Pin（辐射功率Pr与天线损耗功率Ps的和）之比，即：=Pr/Pin= Pr/（Pr+Ps）上式还可以用天线输入端的辐射电阻Rro和损耗电阻Rs表示。即：=IRro/（IRro+ IRS）= Rro/（Rro+ RS）可见，要提高天线辐射效