毫米波宽带倍频器与谐波混频器研究

发布时间：2017-06-16 07:02

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【摘要】：D波段覆盖频率110 GHz-170 GHz,是毫米波段中的大气窗口之一,它具有波长短、信息容量大等优点,在宽带通信和安全检查等方向应用前景广阔,对军事和民用领域都具有重要价值。随着高分辨率成像技术和超高速率数据传输技术的迅速发展,对毫米波系统的工作带宽提出了越来越高的要求。对D波段下变频组件来说,宽带的D波段本振源实现难度大,成本高,采用谐波混频是解决这一问题的有效途径。本文立足国内现有技术条件,基于本课题组之前大量的研究工作基础,设计并实现了E波段全波段二倍频器(作为混频器的本振驱动)和D波段宽带二次谐波混频器,同时还研制了高带外抑制D波段全波段带通滤波器。本文主要研究进展主要包括以下内容：1、采用UMS公司的Schottky变阻二极管DBES105a设计了E波段全波段二倍频器。二倍频器采用了装配方式简单可靠的串联电压激励型倍频结构,并将双管以同向并联的方式接入电路以提高功率容量。利用HFSS仿真软件对倍频电路中的输入输出矩形波导-微带探针过渡结构、输入低通滤波器、直流偏置及接地低通滤波器、输入输出匹配电路无源模块进行了仿真设计。建立了包含二极管无源寄生结构和外围无源嵌入网络的二倍频器全尺寸电磁仿真模型,在得到其线性频响特性后,利用ADS软件结合二极管的非线性管芯参数得到其非线性频响特性。根据仿真优化结果进行实物加工,实验测试表明,当输入功率处于20dBm～22.7dBm之间时,在整个60 GHz～90 GHz输出频率范围内,二倍频器倍频损耗的典型值为10.5 dB,倍频效率典型值为8.9%,输出功率峰值为13.34 dBm。2、基于本课题组之前大量的研究工作基础,设计了D波段宽带二次谐波混频器。混频器采用了经典的反向并联二极管对结构,并将双管以串联的方式接入电路。将每个二极管芯片中的其中一个肖特基结短路以降低混频器对本振信号功率的要求。利用HFSS仿真软件对混频电路中的射频输入及本振输入矩形波导。微带探针过渡结构和匹配电路无源模块进行了仿真设计。在射频端口,采用两级级联的四分之一RF波长短路线作为本振回收网络,并为中频信号提供了接地回路；在本振端口,采用了三级级联的四分之一RF波长开路线作为宽带射频回收网络,并为射频信号提供接地回路。中频低通滤波器采用改进的2阶CMRC结构,该结构尺寸小,阻带覆盖整个本振信号频带,有效提高了本振-中频端口间的隔离度。利用HFSS场分析和ADS路分析相结合的设计方法,对混频器电路进行了整体优化。根据仿真优化结果进行实物加工,实验测试表明,在137 GHz～160 GHz射频频率范围内的变频损耗的典型值为13 dB；将E波段二倍频器作为混频器的本振驱动时,在固定中频频率为1 GHz条件下,实测射频工作频带约为137 GHz～156 GHz,变频损耗典型值为12.5 dB。3、利用对称陷波腔与经典的H面感性膜片波导滤波器组合,有效增强了滤波器的带外抑制度,尤其是对紧邻通带边缘的带外频点抑制。利用高频电磁仿真软件HFSS,仿真设计了具有带外抑制增强特性和全波段带通特性的D波段波导滤波器,实验测试结果表明滤波器在通带110GHz～170 GHz内的插入损耗典型值为1.2 dB,在通带外100GHz和180GHz处的抑制度分别优于42 dB和29 dB,测试结果验证了对称式陷波腔的有效性。
【关键词】：E波段 D波段 肖特基二极管 二倍频器 宽带二次谐波混频器 全波段高截止特性滤波器
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN77
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 倍频器的研究现状12-14
• 1.2.2 混频器的研究现状14-15
• 1.3 本文的内容安排15-17
• 第二章 毫米波倍频器与谐波混频器基本理论17-31
• 2.1 毫米波倍频器基本理论17-23
• 2.1.1 倍频器工作原理17-19
• 2.1.2 倍频器的主要技术指标19
• 2.1.3 倍频器的分类19-20
• 2.1.4 非线性电抗倍频理论20-21
• 2.1.5 非线性电阻倍频理论21-23
• 2.2 毫米波谐波混频器基本理论23-28
• 2.2.1 混频器工作原理23-25
• 2.2.2 谐波混频器基本理论25-27
• 2.2.3 混频器主要技术指标27-28
• 2.3 倍频器、混频器的分析方法28-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第三章 E波段全波段二倍频器设计31-51
• 3.1 二极管及介质基片选取31-33
• 3.2 E波段全波段二倍频器仿真分析33-46
• 3.2.1 设计方案概述33-34
• 3.2.2 矩形波导-微带过渡结构34-37
• 3.2.3 输入低通滤波器37
• 3.2.4 直流偏置及接地低通滤波器37-40
• 3.2.5 输入输出匹配电路40-42
• 3.2.6 二倍频器整体仿真分析42-46
• 3.3 E波段全波段二倍频器实验研究46-49
• 3.4 本章小结49-51
• 第四章 D波段宽带二次谐波混频器研制51-69
• 4.1 D波段二次谐波混频器设计方案概述51-53
• 4.2 D波段宽带二次谐波混频器仿真分析53-61
• 4.2.1 射频及本振输入端口53-54
• 4.2.2 中频低通滤波器54-55
• 4.2.3 射频及本振回收网络55-57
• 4.2.4 谐波平衡仿真分析57-61
• 4.3 D波段二次谐波混频器实验研究61-67
• 4.4 本章小结67-69
• 第五章 D波段全波段带通滤波器设计69-77
• 5.1 D波段全波段带通滤波器仿真设计69-71
• 5.2 D波段全波段带通滤波器带外抑制度改善71-74
• 5.3 D波段全波段带通滤波器实验研究74-75
• 5.4 本章小结75-77
• 第六章 结束语77-79
• 6.1 论文工作总结77
• 6.2 未来工作展望77-79
• 致谢79-81
• 参考文献81-83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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