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微波器件的最新技术发展

上网日期: 2012年09月03日 ?? 作者: Jack Browne,Franklin Zhao ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:微波器件? 天线? 混频器? 功放?

密封式混频器突破性价比障碍

混频器对无数射频/微波电路和系统来说都至关重要,它也是超外差式收音机的核心。在实现混频器技术的“大众化”方面,只有少数公司像Mini-Circuits公司那样取得了成功——多年来致力于增强混频器性能和可重复性,同时维持较低成本。虽然Mini-Circuits公司看起来一直在致力于改进混频器技术,但还有一个成就是:所提供的密封式混频器单价低至5.95美元(订量为10个)。这些密封式表贴混频器目前可支持高达12GHz甚至18GHz的射频和本振(LO),也是新型MAC系列陶瓷封装二极管混频器的成员。这个产品线能以传统密封式混频器价格的一小部分向恶劣环境提供真正密封的性能。

密封性在许多应用中都非常重要,特别是在高湿环境中和不允许发生故障的条件下。美国NASA的喷气推进实验室(JPL)及其他公司对于在外层空间中使用的非密封混频器可能面临的质量劣化的各种研究报告表明,在恶劣环境中使用密封混频器和其它器件有许多优势。在高湿环境中使用基于非密封半导体的混频器所表现出来的典型劣化现象包括欧姆触点上的氧化物增加。随着时间的推移,这将导致接触电阻的增加,并使半导体器件(比如混频二极管)的电流电压(I-V)特性发生改变。

MAC系列中的双平衡混频器采用了可靠的低温共烧陶瓷(LTCC)技术和共熔金锡焊接密封技术。LTCC中使用的陶瓷材料具有特别高的温度稳定性,可最大限度地减小随温度变化而导致的性能改变。Mini-Circuits公司生产LTCC器件已经将近十年。该公司还开发出了一系列专有模型用于三维(3D)电磁(EM)电路仿真程序,帮助加快新产品的开发速度。

为了确保可靠性,MAC系列Ultra-Rel陶瓷混频器通过了MIL-STD-883中规定的大量封装级测试,包括粗略和精细的泄露测试、热(高达+150℃)和机械冲击测试、振动以及高温工作寿命(HTOL)测试。这些器件被证实非常可靠,事实上它们都提供三年质保。

采用陶瓷封装的MAC系列密封式混频器尺寸仅为0.30×0.25×0.060英寸(7.62×6.35×1.52毫米)(图3)。它们可以服务于从商业通信到军用雷达系统的各种应用。事实上,由于无法接近而使服务与维护可能很困难的任何系统都能从这些混频器中受益,因为这些混频器凭借对外部环境来说密封的封装,能够提供非常可靠的性能。目前的型号范围从300MHz至2400MHz射频与本振频率范围的MAC-24+到3.8GHz至12.0GHz射频/本振频率范围的MAC-12G+。这些器件均采用基本的密封陶瓷封装,每种型号具有不同的本振驱动电平,如+7、+10和+13dBm。所有器件的工作和存储温度范围都是从-55℃至100℃,并且都受美国专利号7,027,795的保护。

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图3:MAC系列密封式混频器基于可靠的LTCC电路技术,采用紧凑的陶瓷封装,尺寸仅为0.30×0.25×0.060英寸(7.62×6.35×1.52毫米)。

举例来说,MAC-24+就是为+7dBm的本振驱动电平而设计的(经常被称为“电平7”混频器)。当馈入300MHz至2400MHz的本振信号时,在相同频率范围内的射频输入信号将产生从直流至700MHz的中频(IF)信号,典型的变频损耗为6.0dB(图4)。这款混频器的本振和射频端口之间具有很高的隔离度,在本振和中频端口之间的隔离度稍低一些:典型的本振到射频隔离度是40dB(最小为27dB),典型的本振到中频隔离度为24dB(最小为17dB)。该混频器在射频输入功率电平为+1dBm时可达到其1dB压缩点。作为混频器线性度的衡量指标,其三阶截取点(IP3)的典型值为+10dBm。如上所述,型号MAC-24+的单价在定购数量至少为10个时仅为5.95美元。

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图4:MAC-24+混频器具有300MHz至2400MHz的射频/本振范围和直流至700MHz的中频范围,典型的变频损耗是6.0dB。

MAC-24+混频器的衍生产品是MAC-24LH+和MAC-24MH+,设计用于更高电平的本振驱动功率(分别是+10dBm和+13dBm)。这两种混频器的射频、本振和中频范围与+7dBm本振版本相同,端口之间的隔离度也相同,但变频损耗典型值稍高些(为6.1dB)。正如对更高本振驱动电平期望的那样,MAC-24LH+和MAC-24MH+设计的线性度比+7dBm混频器稍高一些。MAC-24LH+混频器在射频输入功率电平为+5dBm时达到其1dB压缩点,IP3电平是+12dBm。MAC-24MH+混频器在射频输入功率电平为+9dBm时达到1dB压缩点,IP3电平为+14dBm。这些更高功率的MAC-24+衍生产品在订购数量为10个或10个以上时的单价同样是5.95美元。

MAC-42+则是频率更高的产品,它是为1000MHz至4200MHz的射频/本振范围设计的,可使用+7dBm的本振信号。其典型的中频范围是直流至1500MHz,典型的变频损耗为6.1dB。它具有的典型本振至射频隔离度为35dB(最小值为25dB),典型本振至中频隔离度为20dB(最小值为12dB)。MAC-42+在射频输入功率电平为+1dBm时达到1dB压缩点,典型IP3为+10dBm。MAC-42+在至少10片批量时的单价仅为6.95美元。

MAC-42+混频器的更高功率衍生产品是MAC-42LH+和MAC-42MH+:MAC-42LH+是为+10dBm的本振驱动设计的,而MAC-42MH+则针对+13dBm的本振驱动电平进行了优化。这两种型号具有与MAC-42+相同的射频/本振和中频范围,并且在30MHz时具有相同的6.1dB典型变频损耗(如图5所示,变频损耗随中频频率的增加而增加)。电平10的MAC-42LH+具有38dB的典型本振至射频隔离度(最小值为24dB),典型的本振至中频隔离度为20dB(最小为11dB)。该产品在射频输入功率电平为+5dBm时可达其1dB压缩点,典型的IP3为+12dBm。电平13的MAC-42MH+具有35dB的本振至射频隔离度(最小值为22dB),典型的本振至中频隔离度为20dB(最小值为12dB)。该产品在射频输入功率电平为+9dBm时达到1dB压缩点,典型的IP3为+16dBm。这两种更高功率的混频器在批量为10个或10个以上时的单价也为6.95美元。

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图5:MAC-42+混频器可以为1000MHz至4200MHz的射频/本振信号产生从直流至1500MHz的中频信号,典型的变频损耗为6.1dB。

对于6GHz的应用而言,MAC-60+混频器针对+7dBm的本振驱动电平作了优化。这种混频器支持1600MHz至6000MHz的射频/本振频率范围和直流至2000MHz的中频范围,在30MHz中频时的典型变频损耗是6.4dB(图6)。MAC-60+具有35dB的典型本振至射频隔离度(最小为19dB)和15dB的典型本振至中频隔离度(最小9dB)。其1dB压缩点发生在射频输入功率为+1dBm的时候,典型的IP3为+10dBm。MAC-60+在批量为10个或10个以上时的单价为7.45美元。

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图6:MAC-60+是一种密封型混频器,支持1600MHz至6000MHz的射频/本振频率范围、直流至2000MHz的中频频率范围,典型的变频损耗为6.4dB。

MAC-60+的更高功率衍生产品是MAC-60LH+和MAC-60MH+:MAC-60LH+设计支持+10dBm的本振驱动电平,而MAC-60MH+则是针对+13dBm的本振驱动优化过的型号。这两款混频器与MAC-60+的1600MHz至6000MHz射频/本振范围以及直流至2GHz的中频范围相匹配,不过在30MHz中频时的典型变频损耗稍高些(为6.5dB)。MAC-60LH+的典型本振至射频隔离度为35dB(最小值为21dB),典型本振至中频隔离度为15dB(最小值为9dB)。这种混频器在射频输入功率为+5dBm时到达其1dB压缩点,典型IP3为+12dBm。MAC-60MH+的典型本振至射频隔离度为35dB(最小值为18dB),典型的本振至中频隔离度为17dB(最小值为9dB)。该混频器在射频输入功率电平为+9dBm时到达其1dB压缩点。MAC-60MH+的IP3为+15dBm。

MAC系列中功率最大的混频器型号目前是MAC-80H+,该器件专门针对+17dBm的本振驱动电平作了优化。这款混频器工作在2800MHz至8000MHz的射频/本振范围,中频范围从直流至1250MHz。MAC-80H+将射频信号转换到中频的典型变频损耗在30MHz中频时为6.5dB。这款混频器具有MAC系列混频器中最高的IP3性能,其典型值为+21dBm(图7)。当射频输入功率电平为+14dBm时达到其1dB压缩点。MAC-80H+的典型本振至射频隔离度为29dB(最小值为20dB),典型的本振至中频隔离度为17dB(最小值为8dB)。批量为10个或10个以上时,MAC-80H+的单价为8.95美元。

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图7:图中显示了直到8000MHz的电平17 MAC-80H+混频器的IP3性能。


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