w频段六倍频器分析

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1、电子科技大学硕士学位论文也使得星间的保密通信得以实现。_JI，、j气一彳箩r‘嘲≮≯_—气：／’、．_一一．／’?》i．≮．扎．八L．，‘l=--I1％≮．k／．7{塞拳_■一一／’I鬟瓤_J^L二，l痕哺1，蜘2530稻错功坳∞褂l瓣I辩撕2鳓瑚钧D麓举，辩赫簟拳馥鲢戈魄褒麓耢住图1-1毫米波的大气衰减特性表卜l毫米波大气窗口频带及对应带宽波长(mm)8．63．22．11．4频率(GHz)3594140220带宽(GHz)16232670毫米波技术在雷达、制导、电子对抗等军事领域具备微波不可比拟的优势，20世纪70年代末80年代初，随着半导体集成电子技术的发展，毫米波成为西方发达国家军事

2、电子发展的重要内容，客观上也促使那些拥有一定工业基础和科技实力的国家纷纷极力效仿【l】【21。在民用方面也有广阔的应用前景，如在移动电话，汽车防撞雷达以及医疗方面的应用。开发毫米波系统，关键技术之一是毫米波信号源的获取。1．2毫米波信号源的获取毫米波信号源是毫米波系统的心脏，其质量优劣直接决定系统质量优劣。毫米波通信设备中，毫米波信号源用作上下变频器中的本振，另外，它还提供直接调制用的未调载波。为了能有效地变频和直接调制，对它的基本要求是【3】【4】：2鳜柏猕m。：；¨驰们蝴绷蝴㈣嗽㈣^瓣挚、麟条v譬辫：●第一章引言1．输出足够的功率，一般在数毫瓦以上；2．高的频率稳定度，对典型数字信道而

3、言，要求本振的短期稳定度在10一一1040之间，长期稳定度(月或季)则应优于±10一；3．低杂散电平与寄生调相。例如许多应用场合中，对杂散的抑制要求大于50dBc，寄生调相小于lo。4．在简易的通信设备和“弯管”式卫星转发器中，变频常用固定频率的本振；在大型或者要求较高的通信设备中，为了具有良好的灵活性与适应性，需要有可变频率的毫米波频率合成器作为本振。毫米波频率源可分为固态源与电真空源，对应器件分别称为固态器件和电真空器件。采用电真空器件的电真空源可以获得极大输出功率，但是体积庞大、寿命短、性能不稳定、需要很高的供电电压这些缺点都限制了其应用。可以直接获得毫米波固态源的方式有两种，一种是

4、毫米波锁相源，一种是毫米波振荡源。采用倍频方式是间接获得毫米波源的方法，即将高质量的微波信号经过一级或多级倍频得到所需的毫米波频率。本课题要求设计的W频段倍频器要求小型化、精度高，所以采用倍频来实现是比较好的方法。1．3倍频器的发展概况关于毫米波的倍频器已有很多报道，实现的方式也很多，可以用晶体管，也可以用二极管实现。它们各有优缺点，但要实现宽带倍频却很难，特别是要实现全波导带宽倍频则更难。到现在为止，除MILLITECH公司介绍其产品中包括120G到170G的全波导带宽倍频器外，还无文献报道D(1IOG-170G)频段的全波导带宽倍频器。宽带倍频器的制作困难，原因很多，包括器件自身和宽带

5、电路的实现等原因，如：变容管由于其高的Q值，天生就是用于窄带；FET倍频器需要带宽和效率进行折中，并且宽带的FET倍频器通常有大的传输损耗和大的纹波，同时也产生了大的AM噪声；肖特基二极管没有这些天生的带宽限制，因此，用阻性的肖特基二极管实现宽带倍频器是最有前景的一种方法。但由于肖特基二级管是阻性器件，所以这种倍频器的倍频效率低也是它的一个缺陷。目前，国外在倍频器的研究主要集中在单片集成电路(删工C)，大多采用HEMT器件与PHEMT器件，可以在W波段及更高的波段实现单片二次或者高次的宽带倍频。而在国内由于加工工艺的限制，许多研究所和高校的研究还集中在混合集成电路上，研究重点也是如何提高其

6、工作频段、输出功率，简化电路，以及电路的集成和各种分析及优化方3电子科技大学硕士学位论文法。下面将根据构成毫米波倍频器的不同的器件及国内外已经报道的实例来具体分析一些毫米波宽带倍频器。1．肖特基二极管肖特基二极管倍频器的原理是利用信号通过非线性器件产生谐波来工作的，在第二章中还将专门对它进行分析，虽然肖特基二极管倍频器有效率低的缺点，但却是实现宽带倍频器的好方法，特别是实现全波导带宽的倍频器。但是，要实现单片集成的肖特基二极管宽带倍频器则有两个困难：第一是平衡式倍频电路中所需的巴伦结构大部分不是平面的，第二是肖特基二极管倍频器的带宽限制主要是由于其巴伦结构决定的。到现在为止，已有文献报道，

7、用阻性二极管实现Ka和w频段的全波导宽带倍频器【5】【6】，其中Ka频段全波段宽带倍频器采用阻性的肖特基二极管和平面结构，实现了从16GHz到40GHz的输出频率范围内，2dBm的输出功率，20dB的输入输出隔离和12dB的平均倍频损耗。下面以参考文献[6]W频段全波导带宽倍频器为例加以详细介绍，可作为以后实现D频段全波导带宽倍频器的参考。这个倍频器是一个75-120GHz的单片集成三倍频器。采用平面肖特基二极管和反并联