高效倍频器的研究.pdf

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1、高效倍频器的研究王雅薇2015年1月中图分类号：TN771UDC分类号：高效倍频器的研究作者姓名王雅薇学院名称信息与电子学院指导教师于伟华副教授答辩委员会主席王学田教授申请学位工学硕士学科专业电磁场与微波技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月DesignofHighEfficiencyFrequencyMultiplierCandidateName：YaweiWangSchoolorDepartment:InformationandElectronicsFacultyMentor:Associateprof.WeihuaYuChair,Th

2、esisCommittee：prof.XuetianWangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ElectromagneticandMicrowaveTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其

3、它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要作为现代通信系统中的一个关键器件，无论是在射频、微波系统还是在毫米波、亚毫米波系统中，高效倍频器都对电子系统的整体性能具有较大的影响。随着通信技术的发展，高效倍频器的发展也十分迅速，特别是随着空间探测技术在毫米波频段的不断探索和开发，对毫米波频段高效、稳定、大功率信号源的需求也越来越迫切。相比于直接振荡频率源，利用倍频技术不仅可以提高频率源的稳定性和可靠性，也使得其具有频率可扩展性

4、，将可用频段扩展至毫米波、亚毫米波甚至太赫兹频段。由于收发系统大多需要高功率输出的频率源，其性能的优劣一定程度上决定了收发系统的整体性能，因此开展高效倍频器的研究具有非常重要的现实意义。本文首先介绍了毫米波倍频器的发展与应用，特别是近年来其在国内外的发展概况；对微带传输线的传输特性与损耗进行了介绍，并重点分析了波导-微带过渡结构。同时，介绍了实现倍频的基本原理与典型的倍频结构。本研究基于肖特基二极管DBES105a分别研制了F波段无偏置三倍频器和F波段加偏置三倍频器，设计了两种F波段二倍频器；基于变容二极管5VA40-10设计了170GHz三倍频器和220

5、GHz三倍频器。其中，倍频器的输入端口与输出端口均为标准矩形波导，基于石英介质基片实现倍频电路。本文首先采用电磁仿真软件HFSS完成各无源子模块的设计，再根据二极管的参数在ADS中建立其等效电路模型，最后将HFSS中的仿真结果导入ADS进行电路的整体仿真与优化，得到输出功率最优值。测试结果表明，当输入功率为17dBm时，对于F波段无偏置三倍频器方案1，在85~115GHz的频带范围内，输出功率在97GHz处达到最大值-1.1dBm；对于F波段无偏置三倍频器方案2，在85~115GHz的频率范围内，输出功率在88GHz处达到最大值0.86dBm。对于上述无偏

6、置三倍频器，其主要特点是带宽较宽，可达到20GHz以上。对于F波段加偏置三倍频器，输入功率为15dBm时，在115GHz处倍频器的输出功率最高，可达到6.58dBm，倍频效率约为13%，在频带114.5~117GHz内，倍频器的输出功率高于5dBm，倍频效率高于10%。根据测试结果可看出，相比于无偏置的三倍频器，加直流偏置电压可显著提高倍频器的输出功率与倍频效率。测试结果在一定程度上证实了设计方法的可行性。本文对实验结果进行了分析并提出了改进意见，为进一步对毫米波倍频电路的设北京理工大学硕士学位论文计与研究积累了一定的工程经验，对毫米波倍频器的发展具有一定

7、的积极意义与促进作用。关键词：高效倍频器；毫米波；二极管北京理工大学硕士学位论文AbstractAsthekeycomponentofthemodernelectronicsystems,theperformanceofhighefficiencyfrequencymultiplierdeterminesthequalityoftheentiresystem.Highefficientfrequencymultiplierdevelopsveryfastwiththedevelopmentofcommunicationtechnology,sincethe

8、continuousexplorationanddevelopme