W波段高性能检波电路研制

摘要

随着科技的高速发展，毫米波辐射计广泛应用于遥感、探测、安检等重要领域，具有广阔的市场和巨大的商业价值。检波电路作为辐射计的核心部分，尤其是直接检波式电路，因其结构简单，系统噪声温度低，是近些年来辐射计接收前端研究的热点课题。因此，本文将对W波段检波电路进行研究。
　　在W波段，测试仪器接口均为波导口，本文首先研制了波导微带鳍线过渡结构，利用Spline曲线取点优化，缩短了鳍线过渡段的尺寸;通过在介质基片末端加凸型槽，改善了接口处阻抗的不连续性，最终进行了背腔结构的实物加工验证。实验结果表明，S参数实测曲线和仿真曲线一致性高，背腔过渡结构在84～110GHz内，反射系数小于-12dB，插损小于2dB，在整个80～110GHz频带内，反射系数小于-9dB。单侧过渡插损小于0.9dB。
　　随后，利用该过渡转换结构，我们分别对W波段检波器和低噪声放大器进行了研制。W波段检波器采用了国内目前较少研究的VDI公司零偏置肖特基二极管，并编程提取了该二极管的Spice模型参数，最终利用该参数设计了检波器，实验结果表明在工作频带84～94GHz内，电压灵敏度大于800mV/mW，在92GHz处电压灵敏度高达1900mV/mW，接近国外先进水平。
　　W波段低噪声放大器，我们采用了Gotmic公司LNA单片，通过两级MMIC芯片级联，实现预期36dB左右增益。为了防止芯片级间反馈，在两级芯片间加入了隔墙，并对隔墙进行了仿真;设计了时序电源模块，完成单电源供电;设计了低噪放的腔体结构，分别将低噪放高频部分和低频部分放在腔体的正反面，实现了物理隔离。最终完成装配和测试，实验测得在工作频带84GHz～94GHz内，低噪放增益为18±2dB，在中心频点89GHz处，ldB压缩输出功率为0dBm。增益没有达到预期指标，通过反复实验，推测原因主要在于芯片自身增益不足。最终，利用两级低噪放级联实现36dB左右的增益，计算得到系统的温度灵敏度为0.6K，达到预期目标。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 论文主要研究内容及意义

1．4 论文组织结构

第二章 W波段检波电路简要分析

2．1 检波器模块分析

2．2 低噪放模块分析

2．3 预期指标确定

第三章 W波段波导微带鳍线过渡研究

3．1 鳍线过渡基本原理

3．2 对极鳍线仿真设计

3．3 背靠背实物加工及测试

3．4 本章小结

第四章 W波段检波器研制

4．1 检波器基本理论

4．1．1 检波器基本原理

4．1．2 检波器指标

4．2 检波二极管的选取

4．2．1 肖特基二极管Spice参数提取

4．3 检波器仿真设计

4．3．1 低通滤波器仿真设计

4．3．2 匹配网络设计

4．4 视频放大器设计

4．5 检波器测试

4．5．1 反射系数测试

4．5．2 电压灵敏度测试

4．5．3 切线灵敏度测试

4．6 本章小结

第五章 W波段低噪声放大器设计

5．1 毫米波低噪声放大器基本理论

5．1．1 高电子迁移率晶体管(HEMT)

5．1．2 低噪声放大器基本原理

5．1．3 低噪声放大器指标

5．2 低噪放单片的选择及参数介绍

5．3 低噪放电路仿真设计

5．3．1 隔墙设计

5．3．2 整体电路仿真设计

5．3．3 时序电源设计

5．4 低噪放实物测试

5．4．1 低噪放S参数测试

5．4．2 1dB增益压缩点测试

5．5 系统温度灵敏度计算

5．6 本章小结

第六章 总结

致谢

硕士期间发表论文

参考文献