RF（射頻）檢波器是一種用于從射頻（RF）信號中提取有用信息的電路或設(shè)備，其工作原理主要基于信號的非線性變換和濾波，以下為你詳細(xì)介紹不同類型RF檢波器的工作原理：

二極管包絡(luò)檢波器

• 基本原理

• 二極管包絡(luò)檢波器利用二極管的單向?qū)щ娦詠韺?shí)現(xiàn)檢波功能。當(dāng)射頻信號輸入到檢波器時，二極管在信號的正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止，相當(dāng)于對射頻信號進(jìn)行了整流。

• 在整流過程中，電容和電阻組成的低通濾波電路對整流后的信號進(jìn)行濾波，去除高頻成分，只保留信號的包絡(luò)（即低頻調(diào)制信號）。

• 工作過程示例

• 假設(shè)輸入的射頻信號是一個幅度調(diào)制（AM）信號，其表達(dá)式為uRF(t)=A(1+mcosΩt)cosωct，其中A是載波幅度，m是調(diào)制系數(shù)，Ω是調(diào)制信號的角頻率，ωc是載波的角頻率。

• 當(dāng)信號輸入到二極管時，二極管在正半周導(dǎo)通，將信號的正半周部分“復(fù)制”到輸出端。電容C開始充電，其電壓逐漸上升。在信號的負(fù)半周，二極管截止，電容C通過電阻R放電。

• 由于電容C的充放電時間常數(shù)τ=RC遠(yuǎn)大于載波周期，但遠(yuǎn)小于調(diào)制信號周期，因此電容上的電壓能夠跟隨調(diào)制信號的變化，從而輸出解調(diào)后的低頻信號uo(t)≈AmcosΩt。

同步檢波器

• 基本原理

• 同步檢波器需要一個與輸入射頻信號的載波同頻同相的本地振蕩信號（也稱為相干載波）。通過將輸入信號與本地振蕩信號相乘，然后經(jīng)過低通濾波，就可以恢復(fù)出原始的調(diào)制信號。

• 乘法器是實(shí)現(xiàn)信號相乘的關(guān)鍵部件，它將輸入信號和本地振蕩信號進(jìn)行乘法運(yùn)算，得到一個包含和頻與差頻成分的信號。低通濾波器則用于濾除和頻成分，只保留差頻成分，即原始的調(diào)制信號。

• 工作過程示例

• 設(shè)輸入的射頻信號為uRF(t)=Acos(ωct+φ)，本地振蕩信號為uLO(t)=cosωct。

• 兩個信號相乘后得到ui(t)=uRF(t)×uLO(t)=Acos(ωct+φ)cosωct=2A[cos(2ωct+φ)+cosφ]。

• 經(jīng)過低通濾波器濾除高頻成分2ωct后，輸出信號為uo(t)=2Acosφ。如果輸入的是幅度調(diào)制信號，通過適當(dāng)?shù)碾娐吩O(shè)計，就可以恢復(fù)出原始的調(diào)制信號。

對數(shù)檢波器

• 基本原理

• 對數(shù)檢波器通常由多個二極管級聯(lián)或采用特殊的對數(shù)放大器結(jié)構(gòu)組成。它的輸出電壓與輸入信號的功率成對數(shù)關(guān)系，即Vout=klog(Pin)，其中Vout是輸出電壓，Pin是輸入信號功率，k是一個比例常數(shù)。

• 這種對數(shù)關(guān)系使得對數(shù)檢波器具有很寬的動態(tài)范圍，能夠同時檢測微弱信號和強(qiáng)信號。當(dāng)輸入信號功率變化很大時，輸出電壓的變化相對較小，便于后續(xù)電路的處理。

• 工作過程示例

• 在一個多級二極管級聯(lián)的對數(shù)檢波器中，每一級二極管都對輸入信號進(jìn)行一定程度的整流和放大。隨著輸入信號功率的增加，每一級二極管的導(dǎo)通程度逐漸增加，但輸出電壓的增長速度逐漸減慢，呈現(xiàn)出對數(shù)特性。

• 例如，在雷達(dá)系統(tǒng)中，接收到的回波信號強(qiáng)度可能相差很大，使用對數(shù)檢波器可以將不同強(qiáng)度的回波信號轉(zhuǎn)換為合適的電壓信號，便于后續(xù)的目標(biāo)檢測和距離測量。