第1页，共31页，星期日，2025年，2月5日图3-1微波混频器的原理框图第2页，共31页，星期日，2025年，2月5日目前微波混频器主要采用的是金属-半导体构成的肖特基势垒二极管作为非线性器件。虽然二极管混频有变频损耗，但其噪声小、频带宽(可选多倍频程)、工作稳定、结构
简单，方便用于微波集成电路。近年来，由于微波单片集成电路的发展，GaAs肖特基势垒栅场效应管及双栅MESFET混频器的研制成功，使混频器电路得到新的发展。目前，结合低噪声放大器、混频器、中频放大器等单元的集成接收组件已经广泛被使用于各种微波系统。
第3页，共31页，星期日，2025年，2月5日 微波混频器的工作原理
通常，微波混频器是一种非线性电阻频率变换电路。微波混频器的核心元件是肖特基势垒二极管。常见的微波混频器基本电路有三种类型：单端混频器使用一个混频二极管，是最简单的微波混频器；单平衡混频器使用两个混频二极管；双平衡混频器采用四个混频二极管。本节以元件的特性为基础，分析非线性电阻微波混频器的工作原理及性能指标，包括电路时-频域关系、功率关系、变频损耗、噪声特性，并给出各种微波混频器的电路实现等。第4页，共31页，星期日，2025年，2月5日3.1.1本振激励特性——混频器的大信号参量
如图3-2所示，在混频二极管上加大信号本振功率和直流偏置(或零偏压)时，流过混频二极管的电流由二极管的伏安特性来决定。加在二极管上的电压是直流偏置与本振信号之和，二极管的伏安特性近似为指数函数，即
则流过二极管的大信号电流为(3-1)(3-2)第5页，共31页，星期日，2025年，2月5日图3-2混频二极管加直流偏压和本振功率时的原理图第6页，共31页，星期日，2025年，2月5日显然，流过二极管的大信号电流是本振功率ωL的周期性函数，可用傅里叶级数表示为
式中：直流分量
n次谐波电流幅值
本振基波电流幅值(3-3)第7页，共31页，星期日，2025年，2月5日当αUL足够大时，有
故直流分量和本振基波电流幅值为
即 IL1≈2I0(3-4)第8页，共31页，星期日，2025年，2月5日则所需的本振激励功率为
混频器对本振呈现的电导为
可见，当UL一定时，GL值随直流电流的增大而增大，因而可以借助于调整E0来调节I0，从而改变GL使本振口达到匹配。在实际工作中，因为微波波段很难测量UL，所以通常由测量PL和I0来测定UL和GL。(3-5)(3-6)第9页，共31页，星期日，2025年，2月5日当混频二极管上只加直流偏压E0和本振功率时，混频二极管呈现的电导为
式(3-7)说明当本振电压随时间作周期性变化时，瞬时电导g(t)也随时间作周期性变化，故称为时变电导；同样g(t)也可以展成傅里叶级数：(3-7)(3-8)第10页，共31页，星期日，2025年，2月5日式中：g0称为二极管的平均混频电导，gn是对应本振n次谐波的混频电导。
3.1.2非线性电阻的混频原理
二极管混频器的原理等效电路如图3-3所示，在肖特基势垒二极管上加有较小的直流偏压(或零偏压)、大信号本振功率(1mW以上)及接收到的微弱信号(微瓦(μW)量级以下)。
假设本振与信号分别表示为
uL(t)=ULcosωLt
uS(t)=UScosωSt第11页，共31页，星期日，2025年，2月5日图3-3二极管混频器原理图第12页，共31页，星期日，2025年，2月5日由于ULUS，可以认为二极管的工作点随本振电压变化，认为接收到的信号是一个微小电压增量，因此将回路电流在各个工作点展开为泰勒级数。为了讨论方便，将ZL、ZL0、ZS短路，这时流过二极管的瞬时电流值为(3-9)第13页，共31页，星期日，2025年，2月5日展开式中的第一项为本振激励下的流过二极管的大信号电流，它包含直流和本振基波其谐波项。
展开式中的其他各项为二极管中的小信号成分，当uS很小时，可仅取第二项。由式(3-9)可知，f′(E0+ULcosωLt)是在本振激励下二极管所呈现的时变电导g(t)。
由式(3-7)～式(3-9)可知，二极管中的小信号成分近似为(3-10)第14页，共31页，星期日，2025年，2月5日混频器电流的主要频谱如图3-4所示，并用虚线画出了混频电流中的大信号成分，即直流、本振基波及本振各次谐波。第15页，共31页，星期日，2025年，2月5日图3-4混频器电流的主要频谱(设ω0