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1、X波段微带低相噪三倍频器的设计第33卷第12期2007年12月电子工程师ELECTRONICENGINEERV01.33No.12Dee.2007X波段微带低相噪三倍频器的设计周小平（南京电子技术研究所,江苏省南京市210013）摘要:介绍了SRD（阶跃恢复二极管）三倍频器的具体设计方法，据此设计研制了一种微带结构的由S波段倍频到x波段的三倍频器，给出了该电路的印制电路图和性能指标.该倍频器具有频带宽,效率高，结构简单的特点,在宽温范围内能够稳定工作，测试结果表明倍频后的相位噪声恶化接近理论值.关键词:倍频器;微
2、带电路;相位噪声;频率源屮图分类号:TN771.0引言2SRD倍频设计原理倍频器作为频率源的基本器件而被广泛应用于雷达，导航，通信以及测试仪器仪表等设备中.本文介绍某雷达工程低相噪频率源的关键部件一一x波段微带低相噪三倍频器的设计：1方案选择此倍频器的指标要求如下:输入频率.为s波段，输入功率P2125mW,输入相位噪声W—110dBc/Hz（1kHz时），输出频率为x波段，输出功率P.220mW,输岀相位噪声W—100dBc/Hz（lkHz时），带宽为900MHz,谐波及分谐波电平W—25dB,寄生杂散电平W—
3、65dB,尺寸为30mmX25mmX10mm.倍频器的设计通常可采用以下儿种方案:肖特基二极管倍频,SRD（阶跃恢复二极管）倍频，晶体管有源倍频及变容管二极管倍频•理论上，倍频后相位噪声按201ogN（N为倍频次数）增加.理论与试验研究表明,采用肖特基二极管和SRD倍频后的相位噪声性能最好，其相噪附加接近理论值.这是因为肖特基二极管属于阻性器件，它具有较低的闪烁噪声和口噪声，缺点是倍频效率低•晶体管倍频器由于工作在非线性区导致大的1/f噪声，因此附加相噪较大.变容管属于电抗器件，用做倍频器，倍频次数低見容易产牛自
4、激噪声，因此，在低噪声倍频时一般不采用.而SRD也属于电抗器件,正向导通时储存电荷，反向导通时释放电荷,导通电流的迅速关断产生极窄的富含高次谐波的脉冲,因此具有高次高效率的优点.综合上述方案的优劣，采用了SRD倍频.收稿日期:2007・06—2&修回日期:2007—11-09.SRD倍频器设计电路模型是利用SRD的电抗开关特性，用一激励电感，在SRD处于正向低阻抗状态吋使此电感存储能量，而处于反向高阻抗状态吋，使电感在瞬问释放能量，形成一频谱极宽的窄电压脉冲，并用谐振电路使其能量集中于所需谐波附近，以获得较高效率
5、输出，其原理框图如图1所示.输输入匹配图1S1ID倍频原理出SRD倍频器将频率为.的激励信号加至SRD脉冲发生器电路，该屯路将每个输入周期所含的能量转变为每个输入周期产生一次的，狭的，大幅度的电压脉冲.此脉冲的能量激励一有载Q值为,rrN/2的谐振电路，因此把脉冲变换成频率为iN=Nf,的阻尼振荡波.阻尼振荡波经过屮心频率为.厂N的窄带滤波器获得纯的，频率为的等幅波.SRD倍频器的组成以及各部分输出的电压波形与频谱如图2所示.匾应T可分,.I卜ItIIN_J图2S1ID倍频器的组成以及各部分输出的电压波形与频谱9
6、■27?9基本电子电路?电字工蠢师2007年12月3SRD倍频器设计3.1SRD的选择阶跃时间为：1式中为输岀频率.阻抗电平为：XN赢式中:10Q<X&lf;20Q（近似值，假i殳系统是50Q）;c反向一般定为一10V偏置下的电容值.少数载流子寿命为：》2-f,式中为输入频率•多数场合r：10已足够.引线电感为：一<8承受功率取决于最大的功耗或反向击穿.3.2脉冲发牛器的设计对于等幅倍频器，脉冲宽度应当近似取输出频率的半周期•实验证明，一般脉冲宽度的设计范围为:11<对于较好的输出功率和脉冲形状
7、,电路的阻尼系数最好选03激励电感的计算公式为：调谐电容C与激励电感谐振于，其值为:貉3.3匹配网络脉冲发生器的输入阻抗可以近似看做纯阻R.,R<^1LR/Ri>10时，兀配网络的电感与电容的阻抗分别为:L:&CM1./ngnln1其输入带宽为：af:{R+i3.4谐振回路谐振冋路采用由A/4和A/2的传输节构成谐■2R.振网络.3.5输出带通滤波器输出带通滤波器采用耦合微带线设计，其电路形式简单，频带范围宽，插入损耗小于2.0dBm.3.6偏置网络直流偏置网络采用输入频率的1/2波长的高阻抗线与1
8、/4波长的低阻抗线构成.3.7印制板的形成按照以上计算公式，输入频率为s波段，输出频率为x波段，选择陶瓷复合材料(TMM10I),其介电常数为=9.8,h=0.75mm,整个电路集成在一块30mmX25图3X波段三倍频器电路3.8电路试验关键技术x波段微带三倍频器常出现的故障现象为出现杂散.原因是由于SRD与介质基片接触点在高低温条件参数发生变化导致电路匹配失配从而产生杂
