毫米波全固态集成接收前端的研制

论文摘要

在微波、毫米波系统中,接收前端部件对系统性能起着关键性的作用。本文对毫米波双信道全固态集成接收前端的理论和设计进行了研究。本文在详细介绍微波元器件基本理论的基础上,研制了Ka频段接收组件,完成了组件的初样设计。第一章首先对毫米波及其特点、微波毫米波单片集成电路MMIC及其发展趋势进行了论述;介绍了国内外接收前端的发展动态以及本课题在军事上的需求;对接收机的主要性能指标进行了分析,在此基础上采用混合集成（HMIC）技术实现了Ka频段双信道接收前端,并简述了本课题的研究内容和指标要求。后述章节将在此基础上对相应的无源电路和固态电路展开研究。第二章主要进行了与本课题相关的无源电路的设计。在理论分析的基础上,对波导-鳍线-微带的过渡结构及Wilkinson微带三路功率分配器进行了软件仿真设计;在传统的发卡式微带滤波器的基础上设计了一种新型的毫米波微带带通滤波器结构,在利用高频仿真软件CST对该结构进行了仿真的基础上,对该结构进行了加工和测试,达到了满意的效果。第三章、第四章和第五章的内容是与本课题相关的固态电路。对低噪声放大器、功率放大器、单端混频器、单平衡混频器、双平衡混频器和单刀单掷开关等电路的原理和技术指标进行了阐述,并给出了课题中所选用器件的相关资料。第六章在前述各个功能部件的基础上实现了Ka频段全固态集成接收前端的研制。分别阐述了组件的制作、装配、调试及电源设计等方面的内容。最后,对接收前端的测试结果表明,本课题所研制的接收前端满足技术指标要求,并针对不足之处给出了一些改进措施及设计中需要注意的问题,为以后进行毫米波接收前端的研制提供了重要的经验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 毫米波及其特点
• 1.2 微波集成电路的发展
• 1.3 军事需求及研究状况
• 1.4 接收机主要技术指标
• 1.4.1 灵敏度
• 1.4.2 工作稳定性
• 1.4.3 动态范围和恢复时间
• 1.5 研究内容及技术指标要求
• 第二章 毫米波无源电路
• 2.1 波导-微带的过渡
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 波导-对脊鳍线-微带过渡
• 2.2 镜频抑制滤波器的设计
• 2.2.1 微带滤波器简介
• 2.2.2 发卡式微带滤波器的设计
• 2.3 功分器的研究与设计
• 2.3.1 功分器概述
• 2.3.2 威尔金森功分器基本理论分析
• 2.3.3 组件中功分器的设计
• 第三章 毫米波放大器
• 3.1 放大器的主要性能指标
• 3.1.1 噪声系数
• 3.1.2 功率增益、相关增益与增益平坦度
• 3.1.3 工作频带
• 3.1.4 动态范围
• 3.1.5 端口驻波比和反射损耗
• 3.1.6 三阶交调系数与1dB压缩点
• 3.1.7 稳定性
• 3.2 课题中的放大器
• 第四章 毫米波混频器
• 4.1 肖特基势垒二极管的结构及其等效电路
• 4.2 混频器的主要技术指标
• 4.2.1 噪声系数
• 4.2.2 变频损耗
• 4.2.3 动态范围
• 4.2.4 隔离度
• 4.2.5 镜频抑制度
• 4.2.6 本振功率与功率点
• 4.2.7 端口驻波比
• 4.2.8 中频输出阻抗
• 4.3 混频器原理
• 4.3.1 单端混频器
• 4.3.2 单平衡混频器
• 4.3.3 双平衡混频器（即环行混频器）
• 4.4 课题中的混频器
• 第五章 毫米波开关
• 5.1 开关的主要指标
• 5.1.1 插入损耗和隔离度
• 5.1.2 开关速率
• 5.1.3 功率容量
• 5.1.4 非线性
• 5.2 PIN开关的基本电路
• 5.3 课题中的SPST开关
• 第六章 全固态集成接收模块的实现
• 6.1 接收机方案
• 6.2 技术指标估算
• 6.3 电源电路的设计
• 6.3.1 正6V电压源的设计
• 6.3.2 负5V电压源的设计
• 6.4 接收机的装配和制作
• 6.5 接收机的调试和测试
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果