V波段宽带次谐波混频器

摘要

V波段毫米波频率范围为50到75GHz，该频段信号在大气中传播时信号衰减大，属于非大气窗口频段。用于空间通信时，采用该频段进行星际通信可以有效避免地基干扰源的干扰，因此成为星际链路(ISL)的通信频段，近年来成为国内外研究的热点。
　　由于V频段频率很高，波长较短，此频段高性能的本振源设计加工成本高，技术难度大，而采用谐波混频器只需射频频率1/2、1/4甚至1/8的本振源即可实现混频，应用前景十分广阔。
　　本文首先对V波段毫米波混频器中的非线性部件——反向并联肖特基二极管对做了研究分析。由于在V波段，肖特基二极管对自身封装的寄生参数对混频器性能的影响十分明显，设计时首先对VDI公司生产的肖特基反向并联二极管对的相关参数进行了仿真分析，在充分考虑到封装寄生参数的影响下，构建了较为准确的二极管对的ADS等效电路模型。在电路设计仿真方面，首先采用An-soft公司的三维电磁仿真软件HFSS，对各个无源部件进行设计，主要包括射频输入端的波导-微带过渡结构，LO-RF高低阻抗低通滤波器、IF谐振单元滤波器以及本振双工器等，最后在ADS软件中对整体电路进行了联合仿真，电路的仿真结果均达到了设计的预期要求之后加工测试。
　　相对于其他同频段的谐波混频器，本文的仿真设计具有变频损耗低，射频带宽宽，带内平坦度好等优点。单边带变频损耗最优处仅为5.6dB，射频工作带宽13GHz的宽带范围内，变频损耗低于7.8dB，平坦度约2.2dB，仿真结果达到国内先进水平。实际的测试结果和仿真的趋势基本吻合，工作带宽内变频损耗在8.5dB左右，高频处有所增加。设计在V波段毫米波系统的工程应用中，具有十分重要的实践意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 课题研究意义

1．3 国内外发展动态

1．4 本论文的主要工作

2 次谐波混频器的原理分析

2．1 谐波混频器的定义

2．2 混频二极管原理介绍

2．2．1 肖特基二极管简介

2．2．2 反向并联二极管对的工作原理

2．3 谐波混频器的实现原理

2．3．1 一般混频器的分类

2．3．2 谐波混频器的技术指标

3 V波段宽带次谐波混频器设计仿真

3．1 谐波混频器总体结构设计

3．2 肖特基二极管对分析建模

3．2．1 平面肖特基二极管非线性模型建模

3．2．2 肖特基二极管对模型分析

3．3 传输线选择

3．4 无源电路设计仿真与优化

3．4．1 射频过渡结构仿真

3．4．2 基于阶跃阻抗线的LO-RF低通滤波器仿真

3．4．3 基于改进紧凑微带谐振单元的IF低通滤波器仿真

3．4．4 本振双工器联合仿真

3．5 整体电路仿真优化

4 V波段次谐波混频器的结构加工与装配

4．1 混频器电路与腔体结构协同仿真

4．2 混频器的装配

4．2．1 倒装焊工艺

4．2．2 电路CAD版图

4．2．3 混频器外腔图

5 实物测试

5．1 混频器的测试方案

5．2 V波段宽带混频器测试结果

6 总结

6．1 全文总结

6．2 展望

致谢

参考文献