宽带3mm频率合成信号源的研究

摘要

近年来，毫米波及其应用技术发展迅速。毫米波信号源作为整个毫米波系统的核心部分，其性能的好坏直接决定了整个毫米波系统的性能。而倍频器是获得毫米波信号源的最有效方式，因此W波段倍频器应该是宽带3mm频率合成信号源的主要研究内容。
　　本文通过两次倍频方式来实现W波段六倍频器的设计，它将Ku波段信号(12.5～17.5GHz)倍频至W波段(75～105GHz)。该倍频器主要组成部分有Ka波段二倍频器、Ka波段带通滤波器、Ka波段功率放大器、W波段三倍频器和微带—波导过渡器。W波段三倍频器的核心非线性器件是DMK2790肖特基二极管，二极管对采用了反向并联的平衡式电路结构，抑制了偶次谐波，提高了输出功率。输入信号经过Ka波段二倍频器产生二次谐波信号，通过Ka波段带通滤波器滤波，接着通过Ka波段功率放大器放大二次谐波，然后在输入匹配电路端激励肖特基二极管对。二极管对产生的三次谐波信号经过输出匹配电路，再通过微带—波导过渡器，最后由WR-10标准矩形波导输出。
　　在仿真环节中，运用Agilent ADS和Ansoft HFSS软件优化了各个电路设计。从W波段三倍频器模块的仿真结果可以看出，当输入信号(25～35GHz)功率为+20dBm时，输出信号(75～105GHz)平均功率大于+3dBm，平坦度小于1.2dB。整个W波段六倍频器的实物尺寸为42mm*14mm*16mm，体积小，并实现了一体化设计。整个六倍频器的测试结果显示，当输入信号(12.5～17.5GHz)功率为+5dBm时，输出信号(75～105GHz)功率都在-4.6dBm以上，最大输出功率为+2.6dBm。其中75～82GHz和92～99GHz内，输出功率大于0dBm，可以作为毫米波前端的本振源。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 毫米波特性

1．3 国内外毫米波频率合成信号源的发展概况

1．4 国内外毫米波倍频器的发展概况

1．5 本文主要结构

2 基本理论

2．1 微带传输线理论

2．2 肖特基势垒二极管

2．3 谐波平衡法

2．4 倍频器基本理论

2．4．1 倍频器原理

2．4．2 倍频器的分类

2．4．3 倍频器的主要指标

2．4．4 平衡式倍频原理

2．4．5 倍频器的设计要点

3 W波段六倍频器设计方案

3．1 Ka波段二倍频器和功率放大器

3．2 Ka波段带通滤波器

3．3 W波段三倍频器

3．4 微带—波导过渡器

4 W波段六倍频器的设计与仿真

4．1 Ka波段二倍频器和功率放大器

4．1．1 HMC 598二倍频器的设计

4．1．2 AMMC 5040放大器的设计

4．1．3 Ka波段二倍频器及功放在电路中的连接

4．1．4 芯片的安装

4．2 Ka波段带通滤波器的设计

4．2．1 常见的微带带通滤波器

4．2．2 Ka波段带通滤波器的仿真设计

4．3 微带—波导过渡器的设计

4．3．1 微带—波导过渡器理论分析

4．3．2 微带—波导过渡器仿真设计

4．4 W波段三倍频器的仿真设计

4．4．1 二极管的选择

4．4．2 反向并联二极管对的输入输出阻抗

4．4．3 反向并联二极管对的输入输出匹配

4．5 W波段三倍频器的整体仿真

5 W波段六倍频器的加工与测试

5．1 W波段六倍频器电路的加工

5．2 W波段六倍频器腔体的加工

5．3 W波段六倍频器的测试

5．3．1 倍频器输出信号功率测试方法

5．3．2 倍频器输出信号频谱测试方法

5．3．3 倍频器的实物与测试结果

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文和出版著作情况