宽带毫米波倍频器的设计

论文摘要

毫米波倍频器件可以降低毫米波设备的主振频率并扩展工作频段。同时,又把微波设备所具有的调制解调特性扩展到毫米波波段。目前小功率的短毫米波、亚毫米波固态源主要依靠倍频方法实现。本文主要介绍了输出为27～42GHz的宽频带毫米波三倍频器设计制作与调试。其中主要涉及了二极管对的设计,匹配电路,高、低通滤波电路的、微带到波导的过渡结构等。第一部分中,本文对毫米波以及毫米波倍频器进行了概述,介绍了毫米波倍频器的研究背景和发展情况,给出了毕业设计的任务和相关指标。第二部分中,主要阐述了设计倍频器件的相关理论知识。其中包括:倍频器的偶次和奇次倍频的实现方式,本设计所采用的阻性二极管对反向并联结构以及此结构的谐波特性;目前工程上主要应用的二极管以及各种二极管的分类和特点;结合了本设计中用到的传输材料,对包括微带、带状线、波导在内的传输线理论进行了简单的阐述,单列出一节内容详细分析了近年来才发展起来的介质集成波导理论;阐述了滤波器相关理论,从滤波器的主要参数、滤波器原型、设计方法等方面进行表述;结合目前工程设计上主要采用的方法讲述了波导过渡的理论和方法。第三部分介绍了毫米波三倍频器的高、低通滤波器仿真、二极管对选择、匹配电路等详细的实际设计过程。第四部分,讲述了毫米波三倍频器的加工、安装、以及测试过程。对实测结果和模拟仿真结果进行对比分析。总结出了一些有助于进一步改进设计的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 毫米波及其特点
• 1.2 倍频器概述
• 1.3 倍频器研究的背景
• 1.4 设计指标
• 第二章 倍频器的理论基础
• 2.1 倍频器的特点
• 2.2 倍频器的分类
• 2.3 倍频器的原理
• 2.3.1 非线性器件的谐波特性
• 2.3.2 非线性器件反向并联的谐波特性
• 2.3.3 非线性器件反向串联的谐波特性
• 2.3.4 肖特基二极管反向并联对的谐波特性
• 第三章 微波二极管
• 3.1 PN结
• 3.2 肖特基二极管
• 3.3 变容二极管
• 3.4 其他二极管
• 3.4.1 PIN二极管
• 3.4.2 雪崩渡越时间二极管
• 3.4.3 体效应二极管
• 第四章 传输线理论
• 4.1 微带理论
• 4.1.1 微带线的特性阻抗和相速
• 4.1.2 微带线的损耗
• 4.1.3 微带线的色散特性
• 4.2 带状线理论
• 4.3 金属波导
• 4.3.1 矩形波导
• 4.3.2 圆形波导
• 4.4 介质集成波导
• 4.4.1 介质集成波导原理
• 4.4.2 介质集成波导等效宽度
• 4.5 鳍线和槽线
• 第五章 滤波器的研究
• 5.1 滤波器的主要参数
• 5.1.1 能量守恒要求
• 5.1.2 插入损耗
• 5.1.3 回波损耗
• 5.1.4 相位特性
• 5.2 滤波器原型
• 5.2.1 最大平坦低通原型
• 5.2.2 切比雪夫低通原型
• 5.2.3 椭圆函数低通原型
• 5.3 设计滤波器
• 5.3.1 低通原型法
• 5.3.2 实验设计法
• 5.4 阻抗匹配
• 5.4.1 阻抗失配
• 5.4.2 阻抗匹配网络的种类和特征
• 第六章 波导过渡
• 6.1 同轴探针—波导过渡
• 6.2 微带探针—波导过渡
• 6.3 波导—鳍线—微带过渡
• 6.4 阶梯加脊波导结构
• 第七章 倍频器的设计
• 7.1 毫米波倍频器的基本结构
• 7.2 倍频器件
• 7.3 匹配电路
• 7.4 滤波器的设计
• 7.4.1 输入滤波器
• 7.4.2 输出滤波器
• 7.5 波导过渡的设计
• 7.6 倍频器的整体仿真
• 第八章 倍频器的加工及测试
• 8.1 微带的加工
• 8.2 腔体的加工
• 8.3 器件的安装
• 8.4 倍频器的测试及结果
• 8.4.1 输出功率测试
• 8.4.2 噪声测试
• 8.4.3 输入反射测试
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间的研究成果
• 附录