W波段高效倍频技术研究

论文摘要

随着现代通信和雷达技术的发展,简单毫米波固态源的频率稳定度和相位噪声较差,难以满足工程需求。利用倍频技术,降低了主振频率,可提供优质的毫米波源。三毫米波(94GHz)是重要的窗口频率,也是太赫兹研究的基础,因此三毫米波倍频器应用非常广泛。本文分别对W波段二、三倍频器进行了研究。二倍频器的核心采用单个砷化镓肖特基势垒二极管,输入输出均采用鳍线过渡,二极管采用自偏压。为了高效地实现该二倍频电路,对U波段和W波段的对极鳍线过渡、微带低通滤波器、匹配电路以及整个二倍频电路的性能采用了电路仿真软件ADS和三维场仿真软件HFSS相结合的方式,进行联合仿真优化。三倍频器的核心采用反向并联变容二极管对。三倍频器同样采用了ADS和HFSS联合仿真,优化了Ka波段和W波段探针过渡、微带低通滤波器以及整个三倍频电路。最后本文测试了研制出的W波段二、三倍频器的性能。二倍频器实现了频率84GHz～96GHz范围内,输出功率在1mW～3.4mW之间。三倍频器实现频率94.2GHz～95.6GHz范围内,输出功率在1mW～4.7mW之间。本文的研究对W波段倍频器的发展有积极的推进作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 毫米波简介
• 1.2 毫米波的应用
• 1.3 毫米波倍频技术发展动态
• 1.4 课题任务
• 第二章 倍频器的基本理论
• 2.1 倍频器的原理及分类
• 2.1.1 倍频器的原理
• 2.1.2 倍频器的分类
• 2.2 非线性电路的分析方法
• 2.3 谐波平衡法
• 2.3.1 建立谐波平衡方程
• 2.3.2 求解谐波平衡方程
• 第三章 W 波段二倍频器
• 3.1 二倍频器实现方案
• 3.2 肖特基二极管的基本特性
• 3.2.1 肖特基二极管的工作原理
• 3.2.2 肖特基二极管的电参数
• 3.2.3 肖特基二极管分析
• 3.3 U 波段和W 波段鳍线过渡
• 3.3.1 鳍线过渡基本理论
• 3.3.2 波导到微带对脊鳍线过渡
• 3.4 倍频器电路匹配
• 3.4.1 倍频电路
• 3.4.2 低通滤波器
• 3.4.3 匹配电路
• 3.5 二倍频器优化仿真
• 第四章 W 波段三倍频器
• 4.1 三倍频器实现方案
• 4.2 肖特基变容二极管
• 4.3 低通滤波器
• 4.4 Ka 波段和W 波段探针过渡
• 4.4.1 探针过渡基本原理
• 4.4.2 探针过渡仿真优化及测试结果
• 4.5 平衡式倍频原理
• 4.6 三倍频器优化仿真
• 第五章 倍频器实验研究
• 5.1 二倍频器实验研究
• 5.1.1 二倍频器
• 5.1.2 二倍频器的性能测试
• 5.2 三倍频器实验研究
• 5.2.1 三倍频器
• 5.2.2 三倍频器的性能测试
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间取得的研究成果