Q波段集成四倍频器研究

论文摘要

本文主要阐述了由微波信号源经四倍频得到O波段信号的实施方案，并利用该方案研制出O波段全频段四倍频器。文章引言中详细研究了各种倍频电路结构，为本倍频器的研制提供了理论依据，也为其他倍频器的研制提供了参考方案。首先，根据指标要求，为Q波段四倍频器制定出微波二倍频—放大—毫米波二倍频—再放大的基本方案。进行了频谱分析后，本文根据经典的Marchand巴伦理论，由反向并联二极管对构成平衡电路，实现第一级微波二倍频器。设计中为了避免手工调试的盲目性，我们利用安捷伦公司的ADS软件进行电路建模和仿真，节约了研制时间和经费。该倍频器使用了梁式引线的肖特基势垒二极管，输出端采用微带巴伦结构，输出回路中的奇次谐波相互抵消，可以有效抑制偶次谐波。此外，输入、输出端分别只有奇次和偶次谐波，有良好的隔离性，便于进行宽带匹配。其次，本文对微带到波导的探针过渡结构进行系统研究。微带到波导的探针过渡分为微带探针和同轴探针两种，除了经典的阻抗变换式微带探针过渡外，本文还对一种新型的曲线型微带探针过渡进行研制和测试，并针对这两种形式的微带探针过渡进行分析比较。对于同轴探针，它的技术不如微带探针成熟，但它可以很好地解决气密性问题，本文也对Q波段全波段同轴探针过渡进行了设计制作，并应用于四倍频器的输出。设计中的级间放大器、第二级毫米波二倍频和输出放大器采用三级单片级联而成。本文阐述了器件选择的依据、单片性能分析以及整个四倍频器的偏置电路设计。最后，经过测试，按照本文提出的方案设计出的Q波段集成四倍频器基本可以达到预期的技术指标，但在频率高端还需要进一步改进，在测试系统的频段扩展、接收机本振或发射机激励信号源等方面具有潜在的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 毫米波的特点
• 1.2 毫米波信号源的获得
• 1.3 倍频器发展现状
• 1.4 倍频器设计基础
• 1.4.1 倍频器基础理论
• 1.4.2 倍频器分析方法
• 1.4.3 倍频器的特点和应用
• 1.4.4 倍频器的设计方式
• 1.4.5 倍频器设计要点及规则
• 1.5 课题任务及论文结构安排
• 1.5.1 课题任务
• 1.5.2 论文结构安排
• 1.5.3 倍频器方案制订
• 第二章 点频毫米波四倍频器设计
• 2.1 指标分析及方案确定
• 2.2 倍频器电路设计及仿真
• 2.2.1 有源器件的选择
• 2.2.2 无源电路设计
• 2.2.2.1 功分器设计
• 2.2.2.2 带通滤波器设计
• 2.3 实物制作及测试
• 2.4 本章小结
• 第三章 宽带二倍频器设计
• 3.1 器件选择及建模
• 3.1.1 倍频元件发展历程
• 3.1.2 微波二极管发展历程
• 3.1.3 宽带倍频器选管原则
• 3.1.4 GaAs肖特基势垒二极管工作原理
• 3.2 微波频段宽带二倍频器设计
• 3.2.1 滤波器型二倍频器设计
• 3.2.1.1 电路分析及仿真
• 3.2.1.2 测试结果分析及方案改进
• 3.2.2 巴伦型二倍频器设计
• 3.2.2.1 巴伦的设计原理
• 3.2.2.1.1 平衡电路的宽带倍频原理
• 3.2.2.1.2 Marchand巴伦设计原理
• 3.2.2.2 仿真测试结果
• 3.3 本章小结
• 第四章 波导—微带过渡结构设计
• 4.1 概述
• 4.2 微带探针型过渡的研究
• 4.2.1 典型直线型阻抗变换微带探针过渡
• 4.2.1.1 基础理论
• 4.2.1.2 仿真测试结果
• 4.2.2 新型曲线型微带探针过渡
• 4.2.3 两种微带型探针过渡的比较结论
• 4.3 同轴探针型过渡的研究
• 4.3.1 基础理论
• 4.3.2 仿真测试结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 Q波段集成四倍频器的实现
• 5.1 单片选择和使用
• 5.1.1 方案实施与MMIC器件选择
• 5.1.2 偏置电路设计和调试
• 5.2 整个倍频器的实现
• 5.2.1 结构设计
• 5.2.2 单片组装
• 5.2.3 自激的消除
• 5.2.4 接地问题
• 5.3 Q波段四倍频器的测试方案及结果
• 5.4 下一步改进方案
• 5.4.1 对第二级倍频结构的方案改进
• 5.4.2 需进一步改进的地方
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果