毫米波宽带倍频分析

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1、电子科技大学硕士学位论文1．2毫米波倍频器简介随着系统工作频率向毫米波段延伸，要求工作频率更高，并且有良好稳定度和相噪特性的毫米波源已提到研制日程。毫米波信号一般可采用两种方式获得，一种为直接振荡产生，包括以速调管、返波管、回旋管为代表的真空电子器件和以场效应晶体管、耿氏管和雪崩管为代表的固体器件。真空电子器件一般都需要极高的电压，强磁场和特殊电子枪，从使用寿命上来说，电真空器件不如固态器件，但真空电子器件输出的功率高于固体器件。第二种获耿毫米波信号的方式为利用微波源经倍频后获得。这种方案可保持微波信号源已有的调制功能，保持极高的频率精度，

2、低的相位噪声，而且可大大降低制作成本。作为一种获得小功率稳定毫米波源的有效、经济途径，倍频器具有以下特点和应用【2j．1．降低电子设备的主振频率。对于那些工作频率高而对稳定性要求又较严格的通信机和高频设备极为重要，因为晶振的频率越高，相对频率稳定度就越低。为了解决固态发信机中高的稳定度和高的输出频率之间的矛盾，常在主振级和输出级间采用多次倍频的技术。2．扩展工作频段。在电子对抗中需要宽频带的干扰和反干扰收、发设备，若用一个振荡器难以使它覆盖一个倍频程的频段，而采用倍频方式却能做到一个或多个倍频程的工作带宽。因此在电子设备中倍频成为很重要的一

3、种技术手段。3．对于调相或调频发射机，利用倍频器可以加深调制度，以获得大的相移或频移。4．由于倍频器容易产生激励信号的各次谐波频率，所以倍频器成为频率合成器中不可缺少的一部分。5．利用倍频，可以制成毫米波、亚毫米波固态源，它们在射电天文、毫米波通信、雷达、军事侦察、监视、制导等方面得到广泛的应用。1．3毫米波倍频器的国内外发展动态国外毫米波宽带倍频起步较早，发展较快，并向亚毫米波和太赫兹的更高频率发展。随着新型器件的不断发展和研制成功，HBV(Heterostructurev-barrier-varactor)二极管倍频器【31、ATL(A

4、rtificialTransmissionLine)黼t41、平面肖特基二2第一章引言极管倍频器【5蝽BHEMT(高电子迁移率晶体管1倍频器等不断涌现。由于工艺和技术成熟，毫米波宽带倍频多采用MMIC形式和有源倍频实现。亚毫米波和太赫兹多采用混合集成[6】[71【”。国内方面，由于起步较晚，技术、工艺及国外的芯片禁运等各方面因素，发展程度落后于NPI"。毫米波的宽带信频基本采用混合集成。Ka波段的混合集成宽带倍频已有不少报道[91㈣，实现方式也有多种，但w被段的令波段倍频报道为数不多⋯】。131国外发展动态1999年DayldwPorter

5、fieid报道了一个80G到160G高功率宽带固定调谐的平衡倍频器[1“。如图卜I所示，这种平衡倍频器利用传输模式的丁F交性柬完成输入输出隔离，同时实现平衡，不平衡之M的转换，抑制不需要的谐波，不需要专门的滤波器来实现隔离，减少了损耗和增大带宽。虽然用变容管来实现宽带倍频器有一定的天生缺陷，但它也有输出功率人的优势。现在已有文献报道利用多个变容管束实现一定带宽的毫米波倍频器，其3dB带宽为17％，在输出功率为100row的最大效率是48％。幽1-180．160GHz高功率宽带蚓定调谐的平衡倍频器2001年MatthewMorgan和Sand

6、erweinreb发表了第一篇关于整个w频段全波导带宽三倍频器单片集成电路的文献m}。本电路采用平面肖特基二极管反并联结构实现，采用反并联结构实现有利于产生所需要的三次谐波同时抑制偶次谐波，在全波导带宽内，输出功率为．37dBmN+2dBm，转换效率为15％。2004年CharlotteTripon．Canseliet，AlainMaestrini等报道了一篇900GHz平衡电子科技大学硕士学位论文式三倍频器I“】。该电路采用平面二极管，用平衡结构安装于分裂波导中。为了减少介质损耗，采用薄膜技术的悬置微带传输线，输入，输出均采用波导，通过对

7、截止频率的选择实现输入输出隔离。整个结构易于安装和实现。但该结构没有提出偏置电路．如果加上偏置，变频损耗和输出功率将得到改善。该结构可以通过修改用于毫米波高端。测试结果：在4mW的驱动功率下，在800—970GHz频段输出功率为50．130uW。2004年W．HChowandDESteenson报道了波导三倍频器Il”，本倍频器将六个HBV用高阻抗线串联形成的非线性传输线(NLTLs)f【“产生三次谐波，HBV因对称的C—V曲线只产生奇次谐波，非常适合作三倍频器。如图1．2所示，输入基波由WR一5波导输入，通过一宽带鲭线匹配到非线性传输线，

8、产生的三次谐波通过鳍线匹配到输出波导，输入输出凹L『可以减小波导到鳍线的不连续性，设计NLTLs的截止频率为650GHz，这样第五次谐波就不会出现在输出口，且可提高转换效率，理论