K波段正交混频器及其应用研究

摘要

正交混频器是一种能够同时实现混频以及相位转换作用的混频器，在通信、雷达、遥感遥测等微波、毫米波应用系统中得到广泛的应用。K波段(18-26.5GHz)蕴含着极大的频谱资源，在这个波段的应用研究正在不断发展。本文针对K波段正交混频器的分析设计、实验研究及其工程应用进行了深入的研究。论文的主要内容包括：
　　1、基于混合环单平衡混频器结构，利用ADS和HFSS仿真软件，设计了一种中心频率为24GHz的正交混频器，其射频信号同相功分，本振信号正交功分，中频信号等幅正交输出。采用微带混合集成电路加工制作。测试结果表明，该混频器在23-25GHz的频率范围内，变频损耗在10dB以内。对于给定100MHz中频，两路输出信号的正交性能良好。变频损耗和隔离度等主要技术指标达到了国外同类产品的水平。
　　2、分谐波混频器可以获得低失真、低载波泄漏、降低本振工作频率从而解决高性能毫米波本振源实现难度大，成本高的问题。本文基于反向并联二极管对DMK2308所构成的二次谐波混频器，采用射频正交功分，本振同相功分，以实现中频信号等幅正交输出的方案，设计了一种K波段正交谐波混频器。完成加工制作和电路调试后，测试结果表明在23-25GHz的频率范围内，该正交混频器的变频损耗在15dB以内，对于给定的100MHz中频输出信号，相位基本实现正交。
　　3、利用正交混频器输出中频等幅正交的特点，加上中频电桥，可以实现一个平衡式的镜像抑制混频器。经过实验，测试结果显示基于正交基波混频器的镜像抑制混频器，固定本振24GHz，镜像抑制度在20dB以上；固定中频为100MHz时，镜像抑制在25dB以上。分谐波混频情况下的镜像抑制混频器，固定本振24GHz时，镜像抑制在11dB以上。
　　4、利用正交混频器可以实现移相式的单边带调制系统。这种调制系统可以避免矩形系数要求很高的带通滤波器。本文搭建了移相式单边带调制系统的实验环境，实验中，取下边带调制为例，基于基波正交混频器下边带调制器的无用边带抑制度为31dB，载波抑制度为21dB，其他边带抑制度在40dB以上。二次谐波混频情况下，下边带调制无用边带抑制度为14dB，载波抑制度为40dB，其他边带抑制度均在30dB以上。