毫米波收发前端的研制

论文摘要

在固态毫米波系统中,毫米波收发前端对系统性能起着关键性作用。随着现代通信系统和雷达的快速发展,毫米波收发前端正向着小型化,轻量化,固态化以及高可靠性方向发展,本文即为毫米波段收发前端的研制。通过综合方案比较,结合自身条件,选取了毫米波混合集成电路形式。在系统的无源电路部分,自行研制了阶跃阻抗线低通滤波器,毫米波带通滤波器,并用E面探针过渡的结构来实现波导到微带的过渡。在系统中的有源电路部分,各个有源部件均采用了MMIC单片,提高了系统的整体性能。四次谐波混频器是本课题的主要研究内容,由于进入毫米波波段,毫米波本振源的实现比较困难,成本较高,故用微波振荡器作为谐波混频器的本振源,本课题中采用反相并联二极管对构成平衡式混频电路,混频器与滤波器均制作在基于薄膜工艺的陶瓷基片上。四次谐波混频器变频损耗的测试结果表明在34.5GHz~35.8GHz的频率范围内变频损耗小于15dB,在中心频率34.68GHz处其变频损耗达到11.3dB。最后对整个毫米波收发前端系统进行了测试,测试结果表明,接收通道在中心频率34.68GHz处增益达到了20.34dB,满足指标的要求。发射通道在中心频率处增益达到8.31dB,与预定指标尚有一定的差距,在下一步工作中,将采取进一步优化无源电路结构以及增加放大器的方法加以改善。文中详细介绍了滤波器、谐波混频器以及波导微带过渡的工作原理,利用微波电路仿真软件ADS(Advanced Design System)以及高频场仿真软件Ansoft HFSS完成毫米波混频器电路的设计、电磁仿真和电路优化技术。测试与仿真结果吻合较好,表明了本文设计方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 毫米波的特点和应用
• 1.2 毫米波收发前端的国内外研究动态
• 1.3 本课题的研究内容与方案选择
• 1.3.1 方案选择
• 1.3.1.1 系统指标
• 1.3.1.2 接收前端系统总体结构
• 1.3.1.3 接收支路的设计
• 1.3.1.4 发射支路的设计
• 1.3.1.5 系统指标的估算
• 第二章 毫米波收发前端中无源电路的设计
• 2.1 滤波器基本理论
• 2.1.1 低通滤波器原型
• 2.1.2 频率变换
• 2.2 微带滤波器的设计
• 2.2.1 0～1.5GHz 阶跃阻抗低通滤波器的设计
• 2.2.2 毫米波带通滤波器的设计
• 2.3 波导—微带的过渡
• 第三章 毫米波谐波混频器的设计
• 3.1 肖特基势垒二极管的工作原理
• 3.2 混频器的主要技术指标
• 3.3 混频器的基本电路形式
• 3.3.1 单端混频器
• 3.3.2 单平衡混频器
• 3.3.3 双平衡混频器
• 3.3.4 镜频抑制混频器
• 3.4 毫米波谐波混频器的理论分析
• 3.4.1 谐波混频器原理
• 3.4.2 谐波混频器的变频特性
• 3.4.3 谐波混频器的非线性分析
• 3.4.3.1 分谐波混频器的大信号分析
• 3.4.3.2 分谐波混频器的小信号分析
• 3.5 毫米波谐波混频器的方案选择及设计
• 3.5.1 二极管的选取
• 3.5.2 管座电路的设计
• 3.5.3 匹配网络的设计
• 3.5.4 系统的整体优化仿真
• 第四章 毫米波收发前端中的有源电路
• 4.1 毫米波开关
• 4.1.1 PIN 二极管单刀单掷（SPST）开关的工作原理
• 4.1.2 PIN 管单刀双掷（SPDT）开关的工作原理
• 4.1.3 单刀双掷开关芯片TGS4302 简介
• 4.2 低噪声放大器
• 4.2.1 低噪声放大器的主要指标
• 4.2.1.1 噪声系数与噪声温度
• 4.2.1.2 增益
• 4.2.1.3 动态范围
• 4.2.1.4 端口驻波比和反射损耗
• 4.2.2 稳定性
• 4.2.3 低噪声放大器MMIC 单片XL1000 简介
• 4.3 功率放大器
• 4.3.1 功率放大器基本性能指标
• 4.3.2 Agilent HMMC-5040 放大器芯片简介
• 第五章 毫米波收发前端的测试与结果分析
• 5.1 收发前端电源部分
• 5.2 毫米波收发前端的制作
• 5.3 收发前端的测试
• 5.3.1 测试条件及测试方案
• 5.3.2 毫米波收发前端的测试结果与分析
• 5.3.2.1 发射支路的测试
• 5.3.2.2 接收支路的测试
• 5.3.2.3 谐波混频器的测试
• 5.3.2.4 测试结果分析
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间的研究成果