Ka全频段毫米波放大器及Q波段倍频器的研制

摘要

固态毫米波放大器、倍频器是毫米波收发系统中的关键部件。本论文所设计的毫米波放大器和倍频器均是来源于某项目，用于某所的应用工程中。 在本论文中，我们首先介绍了利用同轴探针制作的微带到波导的过渡，解决了Ka全频段以及Q全频段的过渡问题，为后面的放大器和倍频器的研制打下了基础。 然后我们对毫米波放大器理论作了简要的介绍，并在此基础上利用从国外购买的MMIC制作了Ka全频段的毫米波放大器。在该过程中，对单片的选择、单片性能的分析、腔体的设计与加工以及偏置电路的设置等方面做了详细的分析。经测试，我们所研制的放大器达到了协议所要求的增益：≥30dB，增益平坦度：≤±3.5dB，噪声：≤8dB，输入电压：+8V的电性能指标，并且利用同轴探针过渡满足了用户提出的气密性的要求。 我们又利用MMIC制作了Q波段毫米波四倍频器。经过测试发现，在低于48GHz的频段该倍频器在输入功率为10 dBm时输出功率大于10 dBm，谐波抑制大于20dBc的技术指标要求，但是当频率高于48GHz以后，其输出功率和谐波抑制就显著恶化。 紧接着，本论文又利用平衡结构和肖特基势垒二极管对输出频率为33～50GHz的毫米波二倍频器作了尝试。在该过程中，首先分析了各种平衡结构，为该二倍频器的研制提供了理论基础。然后利用ADS和CST等仿真软件对倍频器的电路模型进行了仿真和分析，这样就避免了手工调试的盲目性，大大节约了研制、调试的时间和经费。最后再将电路加工并进行测试和调试，发现该倍频器在频率高端可以达到我们的要求，然而在频率低端则反而没有了输出功率。 最后，本论文在已有研制工作的基础上对毫米波倍频器的研制提出了改进意见。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章引言

1.1毫米波

1.2放大器与倍频器概述

1.3国内外毫米波放大器与倍频器的发展概况

1.4本论文的主要工作

第二章同轴探针过渡的设计

2.1概述

2.2同轴探针型波导的原理

2.3同轴探针的仿真和测试结果

第三章Ka全频段毫米波放大器的研制

3.1毫米波放大器的基本理论

3.2毫米波放大器的主要技术指标

3.2.1噪声系数与噪声温度

3.2.2增益

3.2.3增益平坦度

3.2.4工作频带

3.2.5动态范围

3.2.6端口驻波与反射损耗

3.2.7三阶交调系数和1dB增益压缩点

3.2.8稳定性

3.3毫米波低噪声放大器设计及测试结果

3.3.1单片的选择以及方案的确定

3.3.2偏置电路的设计和毫米波放大器的制作

3.3.3毫米波放大器的测试

3.4小型化小电流毫米波放大器的研制

第四章MMIC毫米波四倍频器

4.1 MMIC毫米波四倍频器的设计

4.1.1单片的选择与电路方案

4.2 MMIC毫米波四倍频器的实现

4.2.1微带带通滤波器的研制

4.2.2偏置电路的设计与倍频器的加工

4.3四倍频器测试方案及结果

4.4改进措施

第五章宽带二倍频器的研制

5.1肖特基势垒二极管

5.1.1概述

5.1.2肖特基势垒二极管的伏安特性与主要参数

5.2非线性器件的谐波特性

5.3单端口器件联结的谐波特性

5.3.1反向并联连接

5.3.2串联连接情况

5.4二极管反向并联对

5.5单面鳍线与对脊鳍线过渡的设计

5.5.1鳍线

5.5.2单面鳍线

5.5.3对脊鳍线

5.5.4单面鳍线——波导——对脊鳍线——微带的转换

5.6倍频器性能的仿真和优化

5.7倍频器的加工及测试结果

第六章结束语

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果