微波鑒頻器的設(shè)計

一、引言

根據(jù)一種雷達微波鎖相本振的需要，本文作者研制了一個X波段的微波鑒頻器。這個鑒頻器的研制早在1989年就已完成，于1991年投入小批量生產(chǎn)。它的鑒頻特性好，性能穩(wěn)定可靠，在生產(chǎn)過程中已經(jīng)表現(xiàn)出良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

二、鑒頻器的工作原理

鑒頻器電路的工作是基于將信號頻率變化轉(zhuǎn)換成幅度變化的原理。它可以用圖1的示意圖來表示。

圖1 鑒頻器的原理示意圖

圖1  鑒頻器的原理示意圖

從原理圖1的信號關(guān)系可以得出：
 
在第二個3dB耦合器的兩個輸出端口的輸出功率分別為P1和P2，其輸出功率的比為

式中，φ是由于引入延遲線Δλ后比另一條基準路徑附加的相位移。
 
因為 ，（3）式可改寫成

將線內(nèi)波長代入（4）式，可以得到

式中，
——自由空間中電磁波的傳播速度；
——輸入射頻信號的頻率。
ξr——介質(zhì)基片的相對介電常數(shù)；

由（5）式可以看出，輸出功率的比是輸入射頻信號的頻率和延遲線長度的函數(shù)，即輸出信號的幅度隨輸入信號的頻率而變化。延遲線鑒頻器就是利用這種變化關(guān)系來構(gòu)成的。

鑒 頻器的射頻信號經(jīng)過兩條路徑的電長度相差延遲線Δλ。經(jīng)過兩檢波器檢波得到的視頻信號同時送到視頻放大器中相迭加。其輸出的視頻輸出信號就是我們所要求的 鑒頻器輸出信號。隨著射頻輸入信號的頻率的變化，這個鑒頻器的輸出信號的幅度應(yīng)該是線性變化的，即對應(yīng)于輸出信號的某一幅度值只能有一個頻率，它是單值 的。如果將鑒頻器的輸出信號幅度在示波器屏上顯示出來，它就應(yīng)該是一條直線，確切一點說，應(yīng)是一條很接近直線的軌跡。

延遲線Δλ的值由下式確定，

而

式中，
 ——工作頻帶的中心工作頻率；
 ——要求的最大帶寬。

式 中的n的值可以適當(dāng)選取，它可為1、3、5、7、9等等。但是n值的大小會影響可使用頻帶的寬度。n值選得大了，鑒頻器輸出視頻信號隨頻率變化就呈現(xiàn)多個 周期，n值選得越大，周期就越多，能夠作為鑒頻器特性使用的線性范圍就越小。相反地，n值選得小，這個頻率范圍就大些。當(dāng)然，這個頻率范圍大了又很難匹配 好，鑒頻器的鑒頻曲線的線性就會變差。所以要根據(jù)使用要求適當(dāng)?shù)倪x取n的值。既要滿足線性要求，又要能達到要求的頻率范圍。

三、鑒頻器的設(shè)計和制作

實際制作的鑒頻器電路由兩個3dB90°耦合器、一條延遲線段和兩個檢波器組成，鑒頻器的微波部分示于圖2中。

圖2 鑒頻器的微波電路片

在鑒頻器的設(shè)計過程中，我們注意到影響鑒頻器的鑒頻特性的關(guān)鍵部件是檢波器，對它的匹配要求很高。兩個檢波器的輸入電壓駐波比，以及檢波的幅度特性在同頻率點都要很接近。就是說其一致性要很好。檢波器前面的兩個3dB90°耦合器要求具有較好的隔離。尤其是處在射頻信號輸入端的那一個定向耦合器更需要具有好的隔離。

這里所介紹的鑒頻器中，除了上述的兩個3dB90°耦合器外，兩個檢波器中也各有一個這種耦合器，也就是說總共有四個耦合器。為了方便和制作工藝的簡單易于實現(xiàn)，采用了四個相同的耦合器。