毫米波辐射计低噪声放大器和混频器设计

发布时间：2020-05-31 09:13

【摘要】：毫米波信号在雨、雾、烟等复杂环境下的传输损耗相比于红外、激光而言更低,因而毫米波探测系统的探测能力比传统的红外探测系统更高。作为毫米波探测系统的核心,毫米波辐射计具有结构简单、抗干扰能力好、穿透力强等优点,已被广泛应用于智能弹药、气象预报、天文观测、农业产量评估、环境监测和危险隐蔽物探测等诸多领域。作为毫米波辐射计中不可或缺的器件,毫米波低噪声放大器能将天线接收到的高频信号进行放大,同时能有效抑制放大过程中的噪声干扰,提高整个辐射计接收系统的噪声性能。为此本论文设计了8mm波段毫米波辐射计低噪声放大器,采用了三级级联放大结构,第一级放大器使用了最小噪声匹配设计,保证低噪声放大器的噪声系数最小,第二级与第三级放大器使用了最大增益匹配设计,保证了低噪声放大器的整体增益。之后又单独设计了放大器的微带偏置网络,保证了放大器的稳定性。结果表明所设计的低噪声放大器噪声系数为1.7dB,系统增益达到了35dB,满足辐射计的设计要求。毫米波混频器能将所接收到的毫米波信号下变频为更易处理的中频信号,为了克服高频本振源设计难度大、制造成本高的困难,本论文采用了四次谐波混频的方法,将所需要的本振信号频率降为原来的四分之一,大大减小了毫米波混频器的设计难度。谐波混频器输入射频频率34.5GHz,本振输入频率8.6GHz,中频输出频率100MHz,主体使用反向并联二极管管对结构,为了降低混频过程中的变频损耗,又分别设计了谐波反射微带线、中频低通滤波器、本振低通滤波器和射频带通滤波器,提高了混频器对于谐波能量的利用率,有效减小了本振泄漏的发生,提高了各个端口间的隔离度。仿真结果表明混频器变频损耗约为11dB,各端口之间的端口隔离度均大于20dB,达到了混频器的设计要求。
【图文】：

卫星,毫米波,武器制导

统积分时间为 1s 时，辐射计灵敏度可达 0.3K，辐射计系统的稳定观测时间可达 40s。不仅如此，在军事领域我国已成功研制了多种毫米波雷达，其中主要包括用于目标索跟踪的 Ka 频段毫米波雷达、用于弹着点校准雷达和毫米波火控雷达。而在反坦克导领域，我国已经成功研发了红箭 9A 反坦克导弹，如图 1.2 所示，其中就使用了毫米波射计进行武器制导。由于毫米波先天的抗干扰能力，红箭 9A 可以在大雾、沙尘、强热源的复杂环境下对目标进行有效跟踪制导。通过毫米波和红外等多模传感器进行复合测，大大增加了反坦克导弹在复杂战场环境下的探测、识别能力，因此红箭 9A 的探测别的距离可达两千米以上，，具有优秀的全天候、复杂环境作战能力。80 年代后我国才开始着手进行毫米波探测技术的研究，虽然起步较晚，但已经在气遥感、天文观测、环境检测以及武器制导等领域取得显著成果。但由于研发经费不足微波集成芯片工艺水平等条件限制，国内对于毫米波辐射计的研究大部分停留在传统超外差式结构且集成度不高，与国外相比还有一定差距，因此在毫米波频段的探测设备国仍将以混合集成电路为主，但是随着我国经济水平和科研水平的不断发展，在毫米波测领域我国必将完成电路全单片化，并研制实现工作在更高频段的毫米波探测系统。

反坦克导弹,毫米波

统积分时间为 1s 时，辐射计灵敏度可达 0.3K，辐射计系统的稳定观测时间可达 40s。不仅如此，在军事领域我国已成功研制了多种毫米波雷达，其中主要包括用于目标索跟踪的 Ka 频段毫米波雷达、用于弹着点校准雷达和毫米波火控雷达。而在反坦克导领域，我国已经成功研发了红箭 9A 反坦克导弹，如图 1.2 所示，其中就使用了毫米波射计进行武器制导。由于毫米波先天的抗干扰能力，红箭 9A 可以在大雾、沙尘、强热源的复杂环境下对目标进行有效跟踪制导。通过毫米波和红外等多模传感器进行复合测，大大增加了反坦克导弹在复杂战场环境下的探测、识别能力，因此红箭 9A 的探测别的距离可达两千米以上，具有优秀的全天候、复杂环境作战能力。80 年代后我国才开始着手进行毫米波探测技术的研究，虽然起步较晚，但已经在气遥感、天文观测、环境检测以及武器制导等领域取得显著成果。但由于研发经费不足微波集成芯片工艺水平等条件限制，国内对于毫米波辐射计的研究大部分停留在传统超外差式结构且集成度不高，与国外相比还有一定差距，因此在毫米波频段的探测设备国仍将以混合集成电路为主，但是随着我国经济水平和科研水平的不断发展，在毫米波测领域我国必将完成电路全单片化，并研制实现工作在更高频段的毫米波探测系统。
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN722.3

【参考文献】