常用微波技术
时间：2024-01-22 04:40:01 | 来源：信息时代
时间：2024-01-22 04:40:01 来源：信息时代
一、振荡器
概述：
近年来，新材料新工艺的进展为微波振荡信号的产生、放大和合成提供了很好的条件。微波固态振荡电路是通过谐振电路与微波固态器件的相互作用，把直流能量转换为射频能量的装置。固态振荡器工作电压低、效率高、可靠性高、寿命长、体积小、重量轻，从而在雷达、通讯、电子对抗、仪器和测量等系统中得到广泛的应用。有人形象比喻微波振荡器是微波系统的“心脏”，可见其在微波系统中的重要地位。
通常把振荡器分为两类：稳频振荡器、自由振荡器（含压控振荡器）等。稳频振荡器又分为晶体稳频振荡器（晶振、晶振倍频链）、高Q腔稳频振荡器（同轴腔、波导腔、介质）、锁相稳频振荡器（环路锁相、注入锁相、取样锁相、谐波混频锁相）。同一频率和功率的不同形式的振荡器的成本相差很大，在使用时应该合理选择振荡器的类型。
主要技术指标：
1、工作频率范围：指满足各项技术指标的调谐频率范围。用起止频率或中心频率和相对带
宽来表示。
2、频率精确度： 振荡器工作频率偏离标称频率的程度。
3、频率稳定度：
长期稳定度：指振荡器的老化和元器件的性能变化以及环境条件改变导致的频率的慢
变化。常用一定时间内频率的相对变化来表示。
短期稳定度：与长期稳定度相比，在较小的时间间隔内考察频率源的稳定程度。常用
阿伦方差来表征，以△f/f/μs（或ms）为单位。
4、相位噪声： 是短期稳定度的频域表示，它可以看成是各种类型的随机噪声信号对相
位的调制作用。从频域表现来看，频谱不再是一根离散的谱线，而带有
一定的宽度。通常用距离中心频率某频率处单位带宽内噪声能量与中心
频率能量的比值来表示，以-dBc/Hz@KHz（或MHz）为单位。
5、杂散抑制： 指与输出频率不相干的无用频率成分与载波电平的比值，用dBc表示。
有时也成为杂波抑制。
6、谐波抑制： 指与输出频率相干的邻近基波的谐波成分与载波电平的比值，用dBc表
示。
7、工作电压： 指使振荡器满足各项技术指标时的正常工作电压。
8、输出功率： 指振荡器的输出电平值，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号传输路径通断或转换（如微波开关、脉冲调制器等）和控制微波信号大小（如电调衰减器、限幅器等）。
PIN二极管开关：
微波开关利用PIN管在直流正、反偏压下呈现近似导通或断开的阻抗特性，实现了控制微波信号通道转换作用。
主要参数说明：
插入损耗与隔离度：开关在导通时的衰减称为插入损耗；开关在断开时的衰减称为隔 离度。
开关时间：PIN管从截止变为导通，从导通变为截止所需的时间为开关时间（含导通
时间和关断时间）。对于不带驱动器的开关，开关时间定义为开关插损状态
与隔离状态之间的转换时间，通常选取10%到90%射频电压包络点的时间
为标准开关时间。对于带逻辑兼容驱动器电路的开关，一般把输入逻辑50%
电压值为起点，射频电压转换10%或90%处为终点的时间延迟，该定义包
含了驱动器和开关状态转换时间两个部分。
承受功率（功率容量）：在给定的工作条件下，微波开关能够不烧毁的最大连续波功率。
电压驻波系数：反映端口匹配情况。
分类说明：
驱动形式：按驱动形式可以分为模拟式（不带驱动器）和数字式（带驱动器）等。
反射与吸收：反射式开关在“开”与“断”状态下的驻波变化比较大；吸收式开关在
“开”与“断”状态下的驻波基本不变。
控制方式：开关的TTL控制为1断0通或1通0断均可。
电调衰减器：
电调衰减器是一种电流控制器件，其原理是基于PIN二极管结电阻随加在其上的电流的改变而改变的特点。和PIN开关的二极管不同，PIN电调二极管的结电阻随电流增大而缓慢变小。当结电阻大到2欧姆时，大约需要5~25mA电流，而开关二极管只需2~5mA电流即可。
主要参数说明：
衰减动态范围：指最大衰减量与最小衰减量的分贝数之差。最小衰减量有时也称为插
入损耗或剩余衰减。
平坦度：指衰减量的频率特性，即在指定频带内，衰减量的最大起伏。
精度： 对数控衰减器而言，是指实际衰减量相应于标称衰减量的误差。
线性度：对模拟控制衰减器而言，是指衰减量随控制电压（电流）变化的线性程度。
分类说明：
反射与吸收：从驻波特性上讲，PIN二极管电调衰减器可以分为两大类：反射式和吸
收式。前者在衰减时反射能量，驻波很大，且随着衰减量的增加而增大，
后者的驻波在衰减过程中几乎不变，甚至随衰减量增加而减小，这使得
吸收式比反射式更有利于使用，且性能稳定，但其技术难度较大。
控制方式： 通常PIN电调衰减器为模拟控制方式，另一种方式是采用数字控制，其
控制为二进制数码，其优点是便于计算机控制，且重复性、稳定性较好。
微波限幅器：
微波限幅器是一种自控衰减器，在低功率时，信号几乎无衰减的通过，但当输入功率增大到规定功率时，产生很大的衰减，这个规定值称为门限电平。此后输入功率继续增长，输出始终保持恒定。它通常用于保护功率敏感元件，如常用于接收机的高频放大器和混频器之前，来保护它们不受强信号的影响而烧毁。此外，限幅器也常用于微波扫频信号源或相位检测系统中，使输出信号幅度保持恒定。
主要参数说明：
限幅门限电平：限幅器开始工作时的输入功率值。
插入损耗： 系统中接入限幅器后，在门限电平以下时对传输信号的损耗，通常在
-10dBm输入功率下测量。
限幅电平： 限幅器加上额定脉冲功率后，输出功率的平坦部分称为平坦泄漏电平
（限幅电平）
最大脉冲功率/脉冲平均功率/等幅波功率：指限幅器所能承受的最大脉冲功率/脉冲平
均功率（与占空比有关）/等幅波功率。
恢复时间： 以输入脉冲终止开始，到限幅器损耗比插入损耗大3dB为止的时间。
注意事项：
输入、输出方向不能反接，否则不能起到有效的限幅作用，有可能导致烧毁，甚至导致后接电路中器件烧毁。
三、微波混频器
概述：
混频器是典型的频谱搬移器件，它在微波通讯、雷达、遥感遥控、电子侦察与对抗及微波测量仪器等领域应用广泛。一方面，将低频基带信号调制到微波频段，以便于信息、能量传输；另一方面，将含有基带信息的微波信号降到中、低频段，以便进行深度的信息、信号处理。
从电路形式看，混频器分为：单管混频器、单平衡混频器、双平衡混频器及三平衡混频器等。其中平衡混频器由于在本振和射频之间有良好的隔离，并能抑制本振的调幅噪声，对各种混频杂波也有所抑制，应用最为广泛。
参数说明：
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To = 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以
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。主要是电路失配损耗、二极管的固有结损耗及非线性电
导净变频损耗等引起的。
1dB压缩点：在正常情况下，射频输入电平远低于本振电平，此时中频输出将随着射
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，混频器出现了饱和。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
在中频附近的地方，落入中频通带内，造成干扰，通常用三阶交调抑
制比来描述，即游泳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、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：端口驻波比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，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
压将影响到鉴相精度。
四、微波放大器
概述：
放大器用于微波能量放大，常分为低噪声放大器（小信号放大器）、功率放大器等。设计低噪声放大器需要考虑以下几个方面：
1、噪声特性
根据理论分析，要获得最小的FET本征噪声，从FET输入端向信源方向视入的反射系数有个最佳值，此即最佳噪声匹配状态。
2、多级放大器的噪声分配
低噪声放大器在微波系统中应用时，常常需要前加隔离器，后与混频器级联，或在级联放大器中有衰减器，它们对系统的影响各不相同，如处理不当，可能使系统噪声变差。
3、稳定性
稳定性对放大器至关重要，改善稳定性可采用以下措施：1）在MESFET的源极和地之间串接一个阻抗元件，从而构成负反馈；2）在天线与低噪声放大器之间加入铁氧体隔离器；3）串入π型阻性衰减器。
4、基本电路
放大器基本电路包括输入、输出匹配回路、级联放大器中还有级联匹配电路。
参数说明：
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
系数定义为 Nf = （Sin/Nin）/（Sout/Nout）。其中（Sin/Nin）为输入
信号的信噪比；（Sout/Nout）输入信号的信噪比。
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欧姆标准阻抗条件下，
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： 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时的输入功率为1dB压缩电平。
五、 微波/RF滤波器
概述：
滤波器是无线电技术中许多设计问题的中心，它具有选频功能，抑制不需要的频率信号，选取被淹没的信号。目前由于微波频段的信号越来越密集，对信号选取工作的要求也越来越高。
参数说明：
通带频率范围： 即滤波器通过或截止信号的频率界限。一般可用截止频率等
绝对频率来表示，也可用中心频率和相对带宽等相对值来表
示。
插入损耗（或通带损耗）：即有用信号通过的能力，由滤波器残存的反射及滤波器元件
的损耗所引起，也受限于传输媒质的固有Q值。一般希望
尽可能小。
带外衰减（或阻带衰减）：即对不需要信号的抑制能力，一般希望尽可能大，并在通带
范围内陡峭的下降。通常取通带外与带宽为一定比值的某一
频率的衰减值作为此项指标。
寄生通带： 为滤波器特有的指标。由于分布参数频率相关的周期性，使
得在设计通带一定距离处又产生了通带（各通带中心频率之
间呈整倍数关系），即寄生通带。一般来说，寄生通带所产
生的响应与主通带的相差甚远，无需特别考虑，但如果需抑
制的频率正好落在寄生通带内，则需特别考虑。
纹波： 指通带内信号幅度的起伏程度，通常规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简称，它是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反古将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。
功分器通常为能量的等值分配，通过阻抗变换线的级联与隔离电阻的搭配，具有很宽的频带特性。
参数说明：
插入损耗：器件直通损耗，其计算公式为所有路数的输出功率之和与输入功率的比值，或单路的实际直通损耗减去理想的分配损耗，一般理想分配损耗由下式获得：
理想分配损耗（dB）= 10Log（1 / N） N为功分器路数
隔离度： 当主路接匹配负载时，各分配支路之间的衰减量。
幅度平衡：指频带内所有输出端口之间的幅度误差最大值。
相位平衡：指频带内所有输出端口之间相对于输入端口相移量起伏程度。
七、定向耦合器
概述：
定向耦合器常用于对规定流向微波信号进行取样。在无内负载时，定向耦合器往往是一四端口网络。
定向耦合器常有两种实现方法，一为耦合定向耦合器，其耦合区长度为四分之一的整数倍，其直接输出和耦合输出端口在结构上不相邻，输出相位差往往是90度或180度，剩余的一个端口为隔离端，理论上隔离端不输出任何能量。另一种为分支线定向耦合器，两输出端口结构上相邻，输出相位差也可以实现90度或180度，常用于强耦合场合。
参数说明：
耦合度： 当其余端口接匹配负载时，耦合端输出功率与主线输入功率之比。
耦合损耗：由于一定能量传输到耦合端而引起主线输出功率减小，它等于主线插入损
耗的理论值。
主线损耗：当匹配负载接主线外各端口时，在传输系统中由于耦合器的插入而引起的
负载获得功率的变化，主线插入损耗也包括能量耦合损耗和能量耗散损耗
两方面。
方向性： 当功率在指定方向上传输时，耦合端口的输出功率与同样功率在相反方向
传输时同一耦合端口的输出功率之差。对双定向耦合器而言，定义为两个
耦合端输出功率之差。
八、微波/RF电缆组件
微波电缆组件采用专用压接工具对各类电缆连接器与电缆（半刚性电缆和半柔性电缆）直接压接而成。特点是：频带宽、一致性好、可靠性高，特别适用于性能要求较高的设备和仪器。
半刚性电缆组件：电缆损耗小，可靠性高，屏蔽特性好，但只能一次成形，成形后电
缆外形不能改变，常用于仪器设备内部等固定场合。半刚性电缆采
用压接工艺，避免焊接对介质的损伤，连接器的内导体直接由刚性
电缆的内导体形成，尽可能减少电缆的不连续性，保证了电缆的宽
带特性。
半柔性电缆组件：在满足半刚性电缆电性能的同时，着重提高其机械性能，其最小弯
曲半径小，可以任意成形，弯制容易且相位稳定。适用于高精度测
试和要求较高的微波系统。
常用技术指标有频率范围、特性阻抗、插入损耗、中心导体接触电阻、外导体接触电阻、电压驻波比、绝缘电阻等。
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