毫米波超宽带混频器分析

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1、第一章绪论1．1毫米波和电子对抗第一章绪论毫米波是指波长介于1"-'10mm的一段电磁频谱，它所对应的频率范围为30～300GI-Iz，但在实际应用的频谱划分中，通常把毫米波低端扩频到18GHz，即毫米波通常也可指频率范围为18．300GHz这一频段范围。毫米波的特点是波长短、频带宽以及其特殊的大气传播特性，这三个特点是促成毫米波发展的三个基本因素。毫米波的传播特性受大气影响较大，如氧分子和水蒸气等。这些气体的频率谐振特性对毫米波信号产生选择性吸收和散射。分析表明：在22GHz、60GI--Iz、120GHz和183GHz等频率附近，出现大气衰减极值，这种大气吸收

2、特性可以应用在短距离传输的保密通信中；而在35GHz、94GI-1．z、140GHz和220GI--Iz频率附近，出现衰减较小的大气传播窗口，常应用于低空空地导弹和地基雷达。因而，充分利用这些频段的特点，是设计性能优良的毫米波系统的重要方面[I】．[21。电子对抗又称“电子战”或“电子斗争"，是指敌对双方利用电子技术进行的作战行动。目的是削弱、破坏敌方电子设备的使用效能，以保护己方电子设备效能得到充分发挥。包括雷达对抗、无线电通信对抗、光电对抗等。基本内容有电子对抗侦察、电子干扰和电子防御。电子对抗是现代战争的重要作战手段。第二次世界大战期间，雷达的广泛应用促进了

3、电子对抗的发展。60年代以来，电子对抗技术，特别是机载电子干扰系统，在对付高空侦察飞机和干扰防空导弹制导系统方面已成为有效的战争手段。随着无线电技术的发展，微波电子对抗设备已经不能完全满足“现代电子战争"的要求，毫米波技术的发展极大的促进了电子对抗系统的完善和发展13J。1。2毫米波混频器概述混频器是超外差接收机中的关键部件，它的指标很大程度上决定了整个接收系统的性能。为减小接收系统的体积并提高其性能，现代雷达与制导、电子对抗、通信、射电天文、遥感遥测系统的工作频率已逐步扩展到毫米波频段。由此也对毫米波混频器的性能提出了越来越高的要求，研究低成本、高性能的毫米波混

4、频电子科技大学硕士学位论文器成为一个非常重要的课题。混频器按照使用非线性器件的不同可以分为以下两类：(1)三端器件混频器，如MESFET、HEMT、和HBT等。其优点表现为变频损耗小，有些情况下有变频增益，因而选择三端口器件作为混频器的变频元件对本振驱动功率要求较低。低变频损耗和本振驱动功率这是三端器件混频器最大的优点；三端器件混频器有组合频率分量少、交调干扰小、动态范围大、输入阻抗高及抗镜频干扰能力强等优点。其缺点是电路复杂，需要直流偏置，另外设计理论也比较复杂。由于固态器件的及加工工艺的高速发展，双栅器件【4】巾】近年来的出现为微波设计者们使用三端器件设计混频

5、器的提供了一种新的设计结构，特别是应用于平衡混频器。由于双栅器件有两个相互隔离的栅极，因而在应用双栅晶体管或者双栅场效应管设计平衡混频器时可以减少非线性器件的个数，同时两路信号的隔离效果好。(2)采用无源器件二极管作为非线性器件。在微波毫米波频段大多采用肖特基势垒二极管。采用这种阻性二极管不可避免的要产生变频损耗，同时其对本振驱动功率要求较高，特别是双平衡混频器。但其电路简单，噪声系数比较低，工作频带宽，动态范围大，性能稳定，ldB压缩点高。相比于三端器件混频器，二极管混频器更容易应用到更高的频段。如A．I．Harris等人报道的800GHz肖特基二极管混频器[8

6、】和W．C．B．Peatman报道的一种用于1600GHz肖特基混频器[9】。从电路形式来看，混频器有单端式混频，单平衡式混频和多管式平衡混频以及镜频抑制混频等多种结构形式。单端混频只用一个非线性器件，其结构简单，成本低，但噪声高，抗干扰能力差。单平衡混频器通过使用平衡电桥或者巴伦等可使本振的调幅噪声相互抵消，因而其噪声性能得到改善，同时本振和射频之间的隔离得到改善。双平衡式混频器采用四个特性相同的混频管，与单平衡和单端混频相比，它具有如下的优点：中频频谱干净；在中频输出端口能全部消除本振偶次频率和射频信号的偶次频率的组合分量；理想的信号到本振端口的基波隔离；可以

7、抵消本振引入调幅噪声所产生的中频噪声；更低的变频损耗。此外，它还具有动态范围大，互调干扰小，工作频带宽的优点。但双平衡混频电路结构比较复杂，同时在中频引出上通常要采用跳线的结构形式，如此以来限制了中频的带宽。因而，研究结构简单、易实现的双平衡混频器对于毫米波混频器的研究是很有必要的【10]-In]。2第一章绪论1．3超宽带毫米波混频器的研究意义毫米波具有高定向、波束窄、旁瓣低的特点，如此以来，毫米波电子对抗设备难以截获、监视和干扰。因而毫米波广泛应用于现代电子对抗设备和系统中。在现行的各种抗干扰技术中，提高毫米波系统的带宽是提高毫米波系统抗干扰能力行之有效的方法，

8、同时系统带