W波段变频组件研究设计
发布时间：2021-04-18 00:40
毫米波技术研究中,高性能变频组件的设计研制一直是人们的研究重点之一。目前,毫米波变频组件大多采用混合集成的电路形式进行研制,具有电路结构灵活,工艺流程简单,适合小批量生产等优势。本文根据课题指标要求,结合毫米波变频理论,完成了 W波段变频组件的研究设计、加工装配与测试分析等工作。首先,基于模块化电路设计思想将整个变频组件分为发射组件、接收组件、本振倍频模块以及无源波导网络四个部分,各部分有源组件采用单独的腔体设计,实现了空间结构上的电磁隔离,无源波导网络则充当各有源组件的安装载体,并兼顾了系统散热。结合相关变频理论,并根据项目指标要求,提出了系统整体架构及分部件初步技术方案,其中,发射组件采用直接上变频方案,接收组件采用超外差式方案,本振电路则利用倍频的方式完成设计。然后,根据初步技术方案完成了无源波导网络和有源组件的设计。其中,应用HFSS对无源电路中所涉及的各功能性器件进行设计仿真,如波导滤波器、等比功分器、定向耦合器等。仿真结果表明,在fRF±1GHz频段范围内,各器件插入损耗小于0.3dB,且反射系数小于-20dB;在完成各功能性器件设计的基础上,将级联后...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
变频组件原理框图
第二章变频组件相关理论及方案设计7对W波段高性能的毫米波本振源提出了挑战。方案设计时，主要从以下两个方面考虑：一是变频增益，在要求的中频信号激励功率下，要满足输出功率要求，整个链路需实现一定的变频增益，无源器件的存在，同样会带来部分损耗，因此合理分配各级增益是实现系统性能的关键。通常的原则是，在保证系统不出现自激的情况下，信号增益尽可能在低频段实现，一方面是由于低频芯片的成本更低，另一方面，频率越高，相同的性能指标实现方式更加困难。需要注意的是，混频器中频端口信号功率不能过高，防止出现较大的交调失真现象，需根据所选用的混频器三阶交调截断点功率来确定。二是信号杂散，发射组件技术指标中对射频端本振泄露和本振端射频泄露都提出了相应的要求，这两项指标主要取决于混频器本振端口与射频端口之间的隔离度，因此器件的选型十分重要；此外，混频时产生的其它交调分量也需关注，通常的做法是在变频后的信号链路上设计带通滤波器，抑制杂散电平。综上，可以得到发射组件的初步设计方案，其大致的原理框图见图2-2，在后面的章节中，将根据此方案进行详细的链路预算及器件选型。图2-2初步技术方案图2.3接收组件方案设计2.3.1接收组件技术指标要求与发射组件相反，W波段接收组件的主要功能是将天线端接收到的射频信号与本振信号混频，下变频至C波段。根据系统指标分解，接收组件的主要技术指标如下：1)中频输出信号频率：6GHz~5；2)射频输入信号频率：1GHz±0f；
第二章变频组件相关理论及方案设计9小信号输入端的无源损耗，且第一级放大器选用低噪声高增益器件。二是链路增益，该增益通常指小信号线性增益，其影响着接收系统的线性动态范围。设计时，需结合芯片资料进行合理的指标分配，既要保证链路增益符合指标要求，又要考虑输出信号是否出现增益压缩的现象，从而减小非线性失真。三是对干扰信号的抑制度，常见的干扰信号有镜频信号、交调失真等，通常考虑使用滤波器来削弱干扰信号幅度。图2-3初步技术方案图综上，可以得到接收组件的初步设计方案如图2-3所示。在后面的章节中，将根据此方案进行详细的链路预算及器件选型。2.4本振源方案设计2.4.1本振源技术指标要求在变频组件系统中，本振源主要为发射与接收组件中混频器芯片提供本振信号用于上下变频，由于采用的混频方式为基波混频，故本振信号频段范围包含88.2GHz~86.2，通常商用信号发生器无法达到该频谱范围，因此需设计毫米波倍频电路扩展其工作频段。根据课题要求，对本振源提出如下技术指标：1)输入信号频率：7.35GHz~7.18；2)输出信号频率：88.2GHz~86.2；3)输入信号功率：12dB≤m；4)输出信号功率：3dBm≥；5)输出信号功分比：1:4等功分；6)倍频系数：12；7)谐波抑制：25dB≥c；
【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹GaAs肖特基二极管模型建立与仿真[J]. 赵明,黄建,李凯. 无线电工程. 2014(01)
[2]基于肖特基阻性二极管的140 GHz二倍频器[J]. 王成,蒋均,缪丽,邓贤进. 太赫兹科学与电子信息学报. 2013(06)
[3]太赫兹肖特基二极管技术研究进展[J]. 唐海林. 太赫兹科学与电子信息学报. 2013(06)
[4]直扩接收机射频前端的设计与仿真[J]. 王乐朋,张福洪,易志强. 杭州电子科技大学学报. 2012(05)
[5]W波段波导-微带探针过渡设计[J]. 付骥,胡皓全. 微波学报. 2010(S1)
[6]太赫兹科学技术的新发展[J]. 刘盛纲. 中国基础科学. 2006(01)
博士论文
[1]短毫米波宽带倍频与谐波混频技术研究[D]. 窦江玲.东南大学 2018
[2]基于固态电路的太赫兹源研究与应用[D]. 孟进.中国科学院国家空间科学中心 2016
[3]W波段频率源技术研究与应用[D]. 张永鸿.电子科技大学 2001
硕士论文
[1]W波段调频连续波雷达收发前端关键技术研究[D]. 黄君宜.电子科技大学 2019
[2]K波段宽带噪声源研究[D]. 杨航.电子科技大学 2017
[3]F波段倍频链路研究[D]. 刘永杰.电子科技大学 2016
[4]毫米波频段肖特基二极管的建模及其应用研究[D]. 张志宏.东南大学 2016
[5]复合电桥的研究与设计[D]. 郑鑫.电子科技大学 2015
[6]3mm平面混合集成上下变频组件研究[D]. 王毅.电子科技大学 2014
[7]定向耦合器小型化研究[D]. 李晨阳.电子科技大学 2012
[8]毫米波变频组件的研制[D]. 韩娜.电子科技大学 2011
[9]自谐振膜片滤波器技术[D]. 陈立峰.电子科技大学 2010
[10]远距离导航短波接收机射频前端的设计与实现[D]. 邓江.电子科技大学 2006
本文编号：3144451
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
变频组件原理框图
第二章变频组件相关理论及方案设计7对W波段高性能的毫米波本振源提出了挑战。方案设计时，主要从以下两个方面考虑：一是变频增益，在要求的中频信号激励功率下，要满足输出功率要求，整个链路需实现一定的变频增益，无源器件的存在，同样会带来部分损耗，因此合理分配各级增益是实现系统性能的关键。通常的原则是，在保证系统不出现自激的情况下，信号增益尽可能在低频段实现，一方面是由于低频芯片的成本更低，另一方面，频率越高，相同的性能指标实现方式更加困难。需要注意的是，混频器中频端口信号功率不能过高，防止出现较大的交调失真现象，需根据所选用的混频器三阶交调截断点功率来确定。二是信号杂散，发射组件技术指标中对射频端本振泄露和本振端射频泄露都提出了相应的要求，这两项指标主要取决于混频器本振端口与射频端口之间的隔离度，因此器件的选型十分重要；此外，混频时产生的其它交调分量也需关注，通常的做法是在变频后的信号链路上设计带通滤波器，抑制杂散电平。综上，可以得到发射组件的初步设计方案，其大致的原理框图见图2-2，在后面的章节中，将根据此方案进行详细的链路预算及器件选型。图2-2初步技术方案图2.3接收组件方案设计2.3.1接收组件技术指标要求与发射组件相反，W波段接收组件的主要功能是将天线端接收到的射频信号与本振信号混频，下变频至C波段。根据系统指标分解，接收组件的主要技术指标如下：1)中频输出信号频率：6GHz~5；2)射频输入信号频率：1GHz±0f；
第二章变频组件相关理论及方案设计9小信号输入端的无源损耗，且第一级放大器选用低噪声高增益器件。二是链路增益，该增益通常指小信号线性增益，其影响着接收系统的线性动态范围。设计时，需结合芯片资料进行合理的指标分配，既要保证链路增益符合指标要求，又要考虑输出信号是否出现增益压缩的现象，从而减小非线性失真。三是对干扰信号的抑制度，常见的干扰信号有镜频信号、交调失真等，通常考虑使用滤波器来削弱干扰信号幅度。图2-3初步技术方案图综上，可以得到接收组件的初步设计方案如图2-3所示。在后面的章节中，将根据此方案进行详细的链路预算及器件选型。2.4本振源方案设计2.4.1本振源技术指标要求在变频组件系统中，本振源主要为发射与接收组件中混频器芯片提供本振信号用于上下变频，由于采用的混频方式为基波混频，故本振信号频段范围包含88.2GHz~86.2，通常商用信号发生器无法达到该频谱范围，因此需设计毫米波倍频电路扩展其工作频段。根据课题要求，对本振源提出如下技术指标：1)输入信号频率：7.35GHz~7.18；2)输出信号频率：88.2GHz~86.2；3)输入信号功率：12dB≤m；4)输出信号功率：3dBm≥；5)输出信号功分比：1:4等功分；6)倍频系数：12；7)谐波抑制：25dB≥c；
【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹GaAs肖特基二极管模型建立与仿真[J]. 赵明,黄建,李凯. 无线电工程. 2014(01)
[2]基于肖特基阻性二极管的140 GHz二倍频器[J]. 王成,蒋均,缪丽,邓贤进. 太赫兹科学与电子信息学报. 2013(06)
[3]太赫兹肖特基二极管技术研究进展[J]. 唐海林. 太赫兹科学与电子信息学报. 2013(06)
[4]直扩接收机射频前端的设计与仿真[J]. 王乐朋,张福洪,易志强. 杭州电子科技大学学报. 2012(05)
[5]W波段波导-微带探针过渡设计[J]. 付骥,胡皓全. 微波学报. 2010(S1)
[6]太赫兹科学技术的新发展[J]. 刘盛纲. 中国基础科学. 2006(01)
博士论文
[1]短毫米波宽带倍频与谐波混频技术研究[D]. 窦江玲.东南大学 2018
[2]基于固态电路的太赫兹源研究与应用[D]. 孟进.中国科学院国家空间科学中心 2016
[3]W波段频率源技术研究与应用[D]. 张永鸿.电子科技大学 2001
硕士论文
[1]W波段调频连续波雷达收发前端关键技术研究[D]. 黄君宜.电子科技大学 2019
[2]K波段宽带噪声源研究[D]. 杨航.电子科技大学 2017
[3]F波段倍频链路研究[D]. 刘永杰.电子科技大学 2016
[4]毫米波频段肖特基二极管的建模及其应用研究[D]. 张志宏.东南大学 2016
[5]复合电桥的研究与设计[D]. 郑鑫.电子科技大学 2015
[6]3mm平面混合集成上下变频组件研究[D]. 王毅.电子科技大学 2014
[7]定向耦合器小型化研究[D]. 李晨阳.电子科技大学 2012
[8]毫米波变频组件的研制[D]. 韩娜.电子科技大学 2011
[9]自谐振膜片滤波器技术[D]. 陈立峰.电子科技大学 2010
[10]远距离导航短波接收机射频前端的设计与实现[D]. 邓江.电子科技大学 2006
本文编号：3144451
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