高效倍频器的研究

发布时间：2020-10-15 23:46

　　 作为现代通信系统中的一个关键器件，无论是在射频、微波系统还是在毫米波、亚毫米波系统中，高效倍频器都对电子系统的整体性能具有较大的影响。随着通信技术的发展，高效倍频器的发展也十分迅速，特别是随着空间探测技术在毫米波频段的不断探索和开发，对毫米波频段高效、稳定、大功率信号源的需求也越来越迫切。相比于直接振荡频率源，利用倍频技术不仅可以提高频率源的稳定性和可靠性，也使得其具有频率可扩展性，将可用频段扩展至毫米波、亚毫米波甚至太赫兹频段。由于收发系统大多需要高功率输出的频率源，其性能的优劣一定程度上决定了收发系统的整体性能，因此开展高效倍频器的研究具有非常重要的现实意义。 本文首先介绍了毫米波倍频器的发展与应用，特别是近年来其在国内外的发展概况；对微带传输线的传输特性与损耗进行了介绍，并重点分析了波导-微带过渡结构。同时，介绍了实现倍频的基本原理与典型的倍频结构。本研究基于肖特基二极管DBES105a分别研制了F波段无偏置三倍频器和F波段加偏置三倍频器，设计了两种F波段二倍频器；基于变容二极管5VA40-10设计了170GHz三倍频器和220GHz三倍频器。其中，倍频器的输入端口与输出端口均为标准矩形波导，基于石英介质基片实现倍频电路。本文首先采用电磁仿真软件HFSS完成各无源子模块的设计，再根据二极管的参数在ADS中建立其等效电路模型，最后将HFSS中的仿真结果导入ADS进行电路的整体仿真与优化，得到输出功率最优值。 测试结果表明，当输入功率为17dBm时，对于F波段无偏置三倍频器方案1，在85~115GHz的频带范围内，输出功率在97GHz处达到最大值-1.1dBm；对于F波段无偏置三倍频器方案2，在85~115GHz的频率范围内，输出功率在88GHz处达到最大值0.86dBm。对于上述无偏置三倍频器，其主要特点是带宽较宽，可达到20GHz以上。对于F波段加偏置三倍频器，输入功率为15dBm时，在115GHz处倍频器的输出功率最高，可达到6.58dBm，倍频效率约为13%，在频带114.5~117GHz内，倍频器的输出功率高于5dBm，倍频效率高于10%。根据测试结果可看出，相比于无偏置的三倍频器，加直流偏置电压可显著提高倍频器的输出功率与倍频效率。测试结果在一定程度上证实了设计方法的可行性。 本文对实验结果进行了分析并提出了改进意见，为进一步对毫米波倍频电路的设计与研究积累了一定的工程经验，对毫米波倍频器的发展具有一定的积极意义与促进作用。
【学位单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TN771
【部分图文】：

置三倍频器的核心器件，二极管的性能优劣宽等技术参数。根据本课题的设计指标要求生产的 GaAs 基肖特基二极管 DBES105a 作BES105a 的数据资料，其具有截止频率高、为 2.4THz，因此工作频率适合于本文设计的外形尺寸为 230μm×530 ×100 ，实物.4THz ：5V2.4 ：9.5 fF5.8

图 4.3 肖特基二极管 DBES105a 等效电路模型对于上图所示的二极管等效电路模型，其 S 参数的实测结果与仿真结果如图 示。图 4.4 二极管等效电路模型仿真结果与实测结果对比由于二极管的参数手册中只提供了低于 80GHz 的测试数据，因此本文仅在此对仿真结果与实测结果进行了比较。从图 4.4 可看出，二极管等效模型仿真结果

二极管等效电路模型仿真结果与实测结果对比
【参考文献】

相关期刊论文 前8条

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本文编号：2842419