毫米波宽带谐波混频器

论文摘要

在毫米波系统中,性能优越的谐波混频组件,不仅对系统性能起着关键性作用,同时也可以降低信号源的成本,提高系统的集成密度。随着现今应用频段的提高和频带范围的加宽,宽带谐波混频器的应用得到了越来越多的重视。本文对毫米波宽带谐波混频器进行了研究,并分别设计了U频段和V频段的宽带谐波混频组件。此次的工作是应用户需要,设计U频段和V频段的宽带接收组件,本文主要承担谐波混频器的研制工作。要求在U和V全频段内,实现宽带变频性能,变频损耗分别小于17dB和20dB,各端口隔离度要求大于20dB。根据指标要求和实际条件,本文把本振信号频率设计为射频信号频率的1/4,输入功率为5dBm,经过二次频率倍增和功率放大后,再在鳍线电路上实现二次谐波混频。根据以上设计思路,本文采用反向并联二极管对（DMK2308）,来实现二次谐波混频;使用单片射频微波集成电路（MMIC）实现频率倍增和功率放大;利用鳍线电路结构,来实现宽带混频电路。文中首先对谐波混频器进行了介绍,分析和阐述了谐波混频的特性和技术要求。其次对宽带谐波混频器的实现进行了分析和设计,提出两种可行和参考的设计方案。再者,对鳍线电路特性和不同鳍线结构进行了研究和实验,针对不同的鳍线结构,分别设计了双侧鳍线谐波混频器、单侧鳍线谐波混频器和单脊鳍线谐波混频器。并对其中的过渡电路、匹配电路和信号回路结构等进行了设计与分析。为了满足系统小型化和集成化的要求,本文设计了新颖的微带-鳍线过渡模型,实现微带电路与鳍线电路的集成应用。根据不同的鳍线结构,分别对应设计了微带-单侧鳍线过渡、微带-双侧鳍线过渡和微带-单脊鳍线过渡模型。对过渡特性进行了理论分析与讨论,并加工了实验样品进行测试验证。本文最终采用双侧鳍线谐波混频电路作为用户产品。测试结果表明,在所要求的整个频段范围内,双侧鳍线谐波混频器具有很好的宽带谐波混频特性,变频损耗、隔离度和稳定性等指标均满足用户工程上的要求。同时,对单侧鳍线和单脊鳍线谐波混频器也进行了研制和测试,这两种电路结构也可实现较好的宽带混频器特性,并具有一些不同的应用特点。最后根据测试结果,对影响混频器性能的因素进行分析和讨论,并提出了一些改进措施和完善方案。作为毫米波接收系统的重要部件,宽带谐波混频器不论在军事领域还是民用领域都会得到更多的发展和应用。本文研制的宽带鳍线谐波混频器,可以对今后的研究和设计工作提供一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 毫米波及其特点
• 1.2 混频器的介绍
• 1.3 国内外谐波混频器的研究结果
• 1.4 本课题的研究用途、主要工作及指标介绍
• 第二章 谐波混频器的基本理论
• 2.1 谐波混频器简介
• 2.2 混频二极管特性分析
• 2.3 谐波混频器的技术指标
• 2.3.1 变频损耗
• 2.3.2 噪声系数
• 2.3.3 隔离度
• 2.4 谐波混频的变频特性
• 2.5 谐波混频的噪声特性
• 第三章 宽带谐波混频器的分析与设计思路
• 3.1 鳍线结构的宽带谐波混频器设计
• 3.2 巴伦结构的宽带谐波混频器设计
• 第四章 鳍线特性及微带－鳍线过渡设计
• 4.1 鳍线基本原理
• 4.2 鳍线特性分析
• 4.2.1 鳍线的截止波长
• 4.2.2 鳍线的特性阻抗
• 4.3 微带－鳍线过渡设计
• 4.3.1 微带－单侧鳍线过渡设计
• 4.3.2 微带－双侧鳍线过渡设计
• 4.3.3 微带－单脊鳍线过渡设计
• 第五章 鳍线谐波混频电路的设计
• 5.1 波导－鳍线过渡设计
• 5.1.1 鳍线渐变段设计
• 5.1.2 波导－鳍线过渡的仿真结果
• 5.2 本振电路设计
• 5.2.1 倍频器的设计
• 5.2.2 放大器的设计
• 5.3 滤波器的设计
• 5.3.1 本振低通滤波器的设计
• 5.3.2 中频低通滤波器的设计
• 5.4 谐波混频器的设计
• 5.4.1 双侧鳍线混频器
• 5.4.2 单侧鳍线混频器
• 5.4.3 单脊鳍线混频器
• 5.5 谐波混频器实物图
• 第六章 谐波混频器的性能测试与结果分析
• 6.1 谐波混频器测试系统
• 6.2 U 频段谐波混频器测试结果
• 6.2.1 双侧鳍线谐波混频器测试结果
• 6.2.2 单侧鳍线谐波混频器测试结果
• 6.2.3 单脊鳍线谐波混频器测试结果
• 6.3 V 频段谐波混频器测试结果
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果