一、引言

根據(jù)一種雷達(dá)微波鎖相本振的需要，本文作者研制了一個(gè)X波段的微波鑒頻器。這個(gè)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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)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(hào)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(hào)關(guān)系可以得出：
 
在第二個(gè)3dB耦合器的兩個(gè)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(zhǔn)路徑附加的相位移。
 
因?yàn)?，（3）式可改寫成

將線內(nèi)波長(zhǎng)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(hào)的頻率。
ξr——介質(zhì)基片的相對(duì)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(hào)的頻率和延遲線長(zhǎng)度的函數(shù)，即輸出信號(hào)的幅度隨輸入信號(hào)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(hào)經(jīng)過兩條路徑的電長(zhǎng)度相差延遲線Δλ。經(jīng)過兩檢波器檢波得到的視頻信號(hào)同時(shí)送到視頻放大器中相迭加。其輸出的視頻輸出信號(hào)就是我們所要求的 鑒頻器輸出信號(hào)。隨著射頻輸入信號(hào)的頻率的變化，這個(gè)鑒頻器的輸出信號(hào)的幅度應(yīng)該是線性變化的，即對(duì)應(yīng)于輸出信號(hào)的某一幅度值只能有一個(gè)頻率，它是單值 的。如果將鑒頻器的輸出信號(hào)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(diǎn)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(huì)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(hào)隨頻率變化就呈現(xiàn)多個(gè) 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(gè)頻率范圍就大些。當(dāng)然，這個(gè)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(huì)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(dá)到要求的頻率范圍。

三、鑒頻器的設(shè)計(jì)和制作

實(shí)際制作的鑒頻器電路由兩個(gè)3dB90°耦合器、一條延遲線段和兩個(gè)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(jì)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(duì)它的匹配要求很高。兩個(gè)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(diǎn)都要很接近。就是說其一致性要很好。檢波器前面的兩個(gè)3dB90°耦合器要求具有較好的隔離。尤其是處在射頻信號(hào)輸入端的那一個(gè)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(gè)3dB90°耦合器外，兩個(gè)檢波器中也各有一個(gè)這種耦合器，也就是說總共有四個(gè)耦合器。為了方便和制作工藝的簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，采用了四個(gè)相同的耦合器。