W波段微带四次谐波混频器

论文摘要

W波段微波电路是国内还没有进行大规模应用的一个领域,其电路元器件成本高,种类少,尺寸小,工艺难度大。而W波段又是毫米波频段中重要的大气窗口,该波段电路在通信以及军事应用中都具有不可替代的作用。在国内W波段本振源尚不成熟的情况下,怎样来利用W波段信号有重要的研究价值。针对这个问题,本文研究了对于W波段信号的谐波变频方案,旨在利用一个较低频率的本振源将W波段的射频信号变换到中频。这种谐波混频方案的最大优点在于它可以大大的降低混频器对本振频率的要求,同时节省成本。本文详细地分析了多种不同的混频结构、非线性器件、电路安装方式以及加工工艺用于谐波混频的利弊,讨论了反向并联二极管对混频器的网络分析方法,提出了对混频二极管的改进建模。通过对波导-微带过渡、反射回收网络、匹配网络以及选频网络的逐步设计和仿真优化,最后制作出一个W波段微带四次谐波混频器样品,并对其进行了测试。结果表明该混频器最小变频损耗为17dB,本振-中频隔离度大于50dB。在选频网络设计过程中,本文提出了一个由低通滤波器转换为超宽带滤波器的方法,并制作出一个超宽带滤波器样品,尺寸仅为8.2mm×5.85mm,小于多数国外的同类超宽带滤波器。最后本文对平衡式的谐波混频器设计进行了尝试,通过理论分析和仿真设计为谐波混频器的改进提供了一种可能的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 重要的大气窗口——W 波段
• 1.1.2 射频前端核心——频率变换
• 1.1.3 谐波混频的意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 混频器理论基础
• 2.1 可用于W 波段混频的传输线分析
• 2.1.1 鳍线
• 2.1.2 微带线
• 2.2 混频器理论分析
• 2.2.1 混频技术基本原理
• 2.2.2 混频器的分类
• 2.2.3 无源混频器的几个主要指标
• 第三章 混频器的工艺、方案可行性抉择
• 3.1 基片的选择
• 3.2 混频二极管的选取
• 3.3 混频器腔体材料及金属电镀工艺选择
• 3.4 谐波混频方案的可行性研究及抉择
• 3.4.1 单管混频分析及抉择
• 3.4.2 多管混频分析及抉择
• 3.5 对于双二极管混频器变频损耗的非线性分析
• 第四章 混频器结构设计、仿真及实现
• 4.1 混频器总体结构设计
• 4.1.1 输入端口的选择
• 4.1.2 并联二极管对安装方式的选择
• 4.1.3 混频器的结构框图设计
• 4.2 混频器的关键部分设计及仿真分析
• 4.2.1 二极管的建模分析
• 4.2.2 RF 端波导-微带过渡设计
• 4.2.3 反射和回收网络
• 4.2.4 选频网络设计
• 4.2.5 阻抗匹配网络设计
• 4.2.6 整体仿真分析
• 4.2.7 协同仿真验证
• 4.3 基于平衡结构的谐波混频器的理论分析与仿真
• 4.4 混频器的工程实现
• 4.4.1 混频器电路加工图设计
• 4.4.2 混频器腔体设计
• 4.4.3 后续加工装配处理及实物
• 第五章 混频器实测与分析
• 5.1 测试平台的搭建
• 5.2 测试过程
• 5.2.1 线损测试
• 5.2.2 变频损耗测试
• 5.2.3 本振-中频隔离度测试
• 5.2.4 本振功率对变频损耗的影响
• 5.3 测试结果分析
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果