毫米波倍频放大模块研究

发布时间：2020-07-28 17:01

【摘要】：近年来,随着现代化军事战争对信息化电子战要求越来越高,毫米波技术成为各军事强国争先研究的焦点,在现代战争中有着举足轻重的地位。而在毫米波电子系统中,毫米波频率源是该频段研究的核心与关键所在。其中,通过倍频技术将低频段的微波信号拓展到高频段的毫米波信号是研制毫米波频率源的核心技术之一。本论文研究的毫米波倍频放大模块是射频太赫兹复合系统的一部分,包括一个W波段六倍频放大模块和一个Ka波段四倍频放大模块。W波段六倍频放大模块为射频太赫兹复合系统中的太赫兹上下变频器提供本振源,Ka波段四倍频放大模块为射频太赫兹复合系统中的太赫兹上变频器提供输入信号源。本文首先详细介绍和分析了毫米波电路的特点以及研制毫米波频率源的常见有效方法,结合最近几年国内外毫米波常见倍频方式以及毫米波倍频器、功率放大器件等做了一个陈述性总结。在此基础上,结合本课题要求和实现条件,确定了上述两款毫米波倍频滤波放大电路的基本设计方案,合理的分配模块各部分指标,并通过电磁仿真软件HFSS和ADS协同仿真,对整体电路进行了设计与仿真,成功地研究并制作了一个W波段六倍频放大模块和一个Ka波段四倍频放大模块。其中,关于W波段六倍频放大模块,采用了两级倍频级联方式实现六次倍频,每一级倍频后,得到的信号均通过微带带通滤波器抑制谐波分量,最终将Ku波段信号倍频至W波段。考虑到后一级是无源倍频,倍频损耗比较大且毫米波段的滤波器以及微带到波段的过渡有较高插入损耗,使得整个链路信号功率损耗较大,因此得到的W波段信号再经过两级放大,最后由微带到波导的鳍线过渡输出。关于Ka波段四倍频放大模块,C波段信号输入由SMA接头馈入,直接采用一次有源四倍频,并经过微带滤波器和微带到波导的鳍线过渡输出,得到Ka波段信号。由于在毫米波段,电路微小尺寸将会对电路性能有较大的影响,因此对于模块中的微带电路加工尺寸精度要求较高。最终对设计的电路模块进行装配与调试。最终测试结果表明:W波段六倍频放大模块在输入频率为f_(in) GHz,输入功率为+3dBm条件下,输出频率为6f_(in) GHz,输出功率15.84dBm;Ka波段四倍频放大模块在输出频段为4(f_(in) _1±0.125G)Hz范围内,模块的输出功率受输入功率大小影响。当输入功率从-17dBm~-8dBm以1dB为步长变化时,输出功率在输出频带上有相同的变化趋势。在较大激励信号作用下,该模块在中心输出频点处会出现一个谐振点,且随着输入功率不断增加,该频点处的谐振现象越明显。由于具体指标的要求,模块需在-13dBm以下的小信号激励工作。因此,在此输入功率范围内,模块在中心输出频点处的自激并不明显,可正常工作。此外,在同一输出频点处,模块的输出功率随输入功率的增加呈非线性变化,当输入功率达-12dBm时,模块的输出功率趋向饱和。实验测得该模块的对三次谐波抑制大于32dBc、对五次谐波抑制大于50dBc。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：E96;TN721;TN015
【图文】：

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第一章绪论第一章绪论1.1 毫米波简介在无线通信领域中，通常将电磁波谱中频率为 30-300GHz,相应波长 1mm10mm[1]之间的电磁波划分为毫米波波段。毫米波在电磁频谱中，其波段的低端微波相邻，波段的高端与亚毫米波、红外光波相接。毫米波在电磁频谱中的位置图 1-1 所示。

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因此毫米波通信传输常在上述四个频点附加工作。毫米波对大气衰减特性以及大气窗口频带分别如图1-2 和表 1-1 所示。图 1-2 毫米波在大气中的衰减特性

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全球芯片行业均取得了重大技术突破。步时间较晚，与发达国家的毫米波芯片行业还展。曹卫平、甘体国等人研制出一款 Ka 波段倍段输入信号通过 FET 二次倍频至 C 波段，到 Ka 波段。最终 Ka 波段信号经功率放大器测试表明，该款倍频放大组件在输出频率为为 16.6dB,输出功率在其输出频带范围内均mW。技大学的张勇等人研制出一款 Q 波段宽带四件由两级二倍频器级联实现四次倍频效果，第一级倍频器输出的基波和三次谐波。组件后倍频放大后的 Q 波段信号通过微带到波导件实物照片如图 1-3 所示。测试结果表明，在出功率大于 10.5dBm，整个倍频放大组件的谐

【参考文献】