w波段宽带直接检波接收前端分析

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1、摘要摘要随着电子信息技术的飞速发展以及遥感、安检、制导等领域对接收前端要求的提高，W波段接收前端的研究具有深远的现实意义。接收前端分为超外差式和直接检波式两种接收体制。而具有结构更简单、功耗更低以及集成度更高的直接检波式结构是未来接收前端的发展方向。所以本文详细研究了W波段直接检波式接收前端。由于低噪放所采用的MMIC单片端口为共面线结构，因此设计出了W波段波导到共面波导过渡。同时为了测试和使用的便捷性，在过渡基础上设计了波导拐弯结构；为了获得更好的匹配，将共面线的接地部分延伸进了波导内部。为了验证其性能，设计了背靠背过渡结构，且出于低噪放设计的考虑，在过渡之间加入5

2、.8mm长空气腔和共面传输线。针对标量网络分析仪（标网）的反射会影响到测试结果的情况，本文对其进行了误差分析，并提出了一种更合适的测试方法：反射系数的测量需要将匹配负载接到待测器件(DUT)的输出端；将衰减器插入到DUT与标网的检波器之间来测量插入损耗。测试表明，在W波段全频段内，背靠背过渡结构反射系数低于-15.65dB，插损不大于1.53dB；单个过渡插损约为0.21dB。同样地，考虑到单片端口为共面线结构，低噪放采用共面传输线。并分别使用两根金丝连接单片与传输线的导带和地，有效降低损耗，实现了W波段全频带范围内可调制低噪放的设计。测试得到，低噪放增益介于13-2

3、5dB之间，均值约为20dB；调制电路上升沿和下降沿时间约为200ns。在有限的测试条件下，测得其噪声系数在94-95GHz范围内，介于4.1dB与6.1dB之间。由于二极管SPICE模型法设计的不准确性，建立检波二极管简化物理模型，提取参数，设计出W波段宽带检波器。采用共面线输入，利于与低噪放的模块化；使用尺寸更小的匹配和低通滤波器结构，减小损耗，提高电压灵敏度。测试表明：75-110GHz范围内，电压灵敏度大于1mV/μW；75-101.5GHz范围内，电压灵敏度大于2mV/μW。视频带宽约为100Hz时，切线灵敏度在全频带范围内低于-58dBm。最终将本文研制的

4、低噪放、检波器和自制视频放大器级联，进行接收前端通道实验。在35GHz带宽内有明显响应，积分时间为2.5ms时，灵敏度约为0.47K。关键词：W波段，接收前端，检波器，放大器，宽带I万方数据ABSTRACTABSTRACTWiththerapiddevelopmentoftheelectronicinformationtechnology,aswellasimprovedrequirementforreceiverfront-endinsuchareasasremotesensing,securitycheckandnavigation,itsresearchhasf

5、ar-reachingpracticalmeaning.Themaintwotypesofthereceiverfront-endaresuperheterodyneanddirectdetection.Becauseoftheadvantagesofdirectdetection,justlikesimplerstructure,lowerpowerconsumptionandhigherintegration,ithasbeenthedirectionofdevelopmentinthefuture.Therefore,thisthesisisfocusedont

6、heW-bandreceiverfront-end.Sincethelownoiseamplifier(LNA)isdesignedbyusingMMICwhoseportsarecoplanartransmission,aW-bandrectangular-to-coplanarwaveguide(RW-to-CPW)transitionisdesigned.Atthesametime,awaveguidebendstructureisdesignedfortheconvenienceoftestanduse.AndthegroundoftheCPWisextend

7、edintothewaveguidetoobtainawellmatchedtransition.Inordertodemonstratethefeasibilityofthetransition,aback-to-back(BTB)structureisused.Consideringthedesignofamplifier,a5.8mmlongaircavityandcoplanartransmissionisplacedbetweenthepairoftransitions.Itisknownthatthereflectionofascalar