Ka全频段四倍频器的研制

论文摘要

本文介绍了宽带倍频技术，包含非线性器件的非线性特性、倍频器的谐波平衡分析方法、单平衡结构电路的倍频原理、巴伦的常见种类和特点等。在此基础上研制了Ka全频段四倍频器，该四倍频器由两个二倍频器级联实现。在输入端，6.625～10GHz的信号经过第一级二倍频器倍到13.25～20GHz，然后通过滤波放大电路以进一步抑制第一级二倍频器输出的基波和奇次谐波成分，并放大二次谐波功率。此后，信号再次经过二倍频后输出Ka全频段的宽带信号。为了更好地抑制不需要的基波和三次谐波，扩展带宽，两级倍频器均采用平衡电路结构。综合考虑各级二倍频器的频率、性能和尺寸大小，本文选择传统的Marchand巴伦设计了第一级二倍频器，第二级二倍频器则采用具有较好性能的鳍线倍频。本文在研制过程中，先后对所采用的两种结构的倍频电路进行了实验，以确认其结构的可行性。在设计过程中，利用系统仿真工具ADS和场仿真工具CST、HFSS等对局部电路进行了仿真和优化，在仿真结果良好的情况下制作了该四倍频器实物电路。最后的测试结果和预期目标比较吻合，在输入功率为10dBm时，测得四倍频器的输出功率≥5dBm，谐波抑制度在30dBc以上。最后，本文还对第一级二倍频器所采用的Marchand巴伦进行了改进，并在此基础上制作了二倍频器的实验电路，该电路的测试结果表明，由这种改进后的巴伦制作的二倍频器在倍频损耗上有所改善，并且具有更小的电路尺寸。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 毫米波倍频器的概述
• 1.2 国内外倍频器的研究状况
• 1.3 本论文的主要工作
• 第二章 倍频器设计的理论基础
• 2.1 倍频器的主要技术指标
• 2.2 非线性器件的非线性特性
• 2.3 倍频电路的分析方法—谐波平衡法
• 2.4 单平衡结构宽带倍频器的工作原理
• 2.5 巴伦的简介
• 2.6 微波电路的计算机辅助设计
• 第三章 Ka全频段四倍频器的设计过程
• 3.1 Ka全频段四倍频器的设计方案和指标分配
• 3.2 非线性器件—肖特基势垒二极管（SBD）的模型
• 3.2.1 肖特基势垒二极管的主要参数
• 3.2.2 肖特基势垒二极管的器件模型
• 3.3 13.25～20GHz二倍频器的设计
• 3.3.1 悬置微带的特性
• 3.3.2 悬置微带中的宽边耦合结构
• 3.3.3 13.25～20GHz二倍频器的设计过程
• 3.4 13.25～20GHz带通滤波器的设计
• 3.4.1 滤波器的理论基础
• 3.4.2 滤波器的设计过程
• 3.5 MMIC宽带放大器的设计
• 3.5.1 宽带放大器的结构形式
• 3.5.2 MMIC介绍
• 3.5.3 选择HMMC 5618宽带放大单片实现放大电路
• 3.6 Ka波段二倍频器的设计
• 3.6.1 鳍线
• 3.6.2 Ka波段二倍频器的设计过程
• 第四章 Ka全频段四倍频器的制作、测试及结果分析
• 4.1 电路制作中需注意的几个问题
• 4.1.1 微带元件的等效问题
• 4.1.2 电路板材料的选择
• 4.1.3 电磁兼容
• 4.2 Ka全频段四倍频器的制作
• 4.3 Ka全频段四倍频器的测试及结果分析
• 第五章 用一种改进的Marchand巴伦制作的宽带二倍频器
• 5.1 对传统Marchand结构巴伦的改进形式
• 5.2 二倍频器的制作、结构测试与分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间取得的研究成果