毫米波倍频与混频技术研究

摘要

毫米波有着比微波更宽的频带，更短的波长，更大的信息容量等多个优点，在如今的军事，民用领域都获得了广泛的应用，对毫米波相关的技术进行研究具有极大的现实意义。对于所有的毫米波应用，一个稳定可靠的毫米波源是一切的基础，通过固态倍频来得到毫米波源是一种常见的方式，在毫米波乃至太赫兹频段都有着广泛的应用；同样的，频率变换系统解决了毫米波变频的问题，在毫米波的应用中有着举足轻重的作用，混频器是频率变换系统的核心，其性能会对频率变换系统，甚至整个的收发前端产生较大的影响。对毫米波应用相关的倍频，混频技术进行研究是毫米波技术研究的关键方向之一。 本文立足于二极管倍频，混频理论，研制了一款毫米波频段的六次倍频链路以及一款分谐波混频器以供毫米波成像系统使用。两个器件的设计均在场仿真软件HFSS和路仿真软件ADS中共同完成，六次倍频链路设计的关键问题为实现一款88~104GHz的三倍频器。该三倍频器使用了反向并联的梁式引线肖特基阻性二级管作为非线性器件构成了平衡结构，建立了二极管对的三维电磁模型。整个倍频电路的基片材料使用了介电常数较高的氧化铝陶瓷，进一步减小了毫米波频段已经较小的电路尺寸，提高了微带电路制作的精度。六次倍频链路的测试结果表明在所需频段内具有3dBm的典型输出功率。 分谐波混频器仍然使用了氧化铝陶瓷作为基片，整个电路为支节型的单平衡结构。尽管使用了混合集成的方式，整个混频电路的尺寸依然很小，便于像芯片一样在各个不同的系统中集成。测试结果表明，固定中频频率为4GHz时，分谐波混频器的典型变频损耗为9dB。相信本文的研究对相关技术的发展具有一定的积极意义。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 倍频器的常用结构及国内外发展动态

1.3 混频器的常用结构及国内外发展动态

1.4 论文章节安排

第二章 倍频器、混频器概述及二极管建模

2.1 引言

2.2 倍频器概述

2.3 混频器概述

2.4 肖特基二极管模型研究

2.4.1 肖特基二极管的结构和原理

2.4.2 二极管的SPICE模型

2.4.2 二极管的等效电路模型

2.4.3 二极管的三维电磁模型

2.5 本章小结

第三章 W波段六次倍频链路研究

3.1 引言

3.2 链路指标及实现方案

3.3 W波段三倍频器的设计

3.3.1 平衡倍频原理

3.3.2 三倍频器设计方案

3.3.3 二极管选择及建模

3.3.4 单元电路的设计

3.3.5 倍频器仿真优化

3.4 倍频链路设计

3.5 倍频链路测试

3.6 本章小结

第四章 W波段分谐波混频器研究

4.1 引言

4.2 单平衡混频原理

4.3 W波段分谐波混频器设计

4.3.1 混频器指标及实现方案

4.3.2 单元电路设计

4.3.3 混频器仿真优化

4.4 混频器本振源设计

4.5 分谐波混频器测试

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果