V波段寬中頻正交混頻器及應(yīng)用研究.pdf

1、正交混頻器是一種集頻率搬移和相位轉(zhuǎn)換于一體的混頻器，在雷達(dá)、通信、遙感遙測等微波、毫米波系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。V波段蘊含著極大的頻譜資源，但目前國內(nèi)該頻段的技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用研究尚處于起步階段。本文采用混合集成電路研制了一種V波段寬中頻I/Q混頻器，并對其設(shè)計方法、測試方案及其在鏡像抑制混頻器方面的應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究。論文的主要內(nèi)容包括:
　　1、以實現(xiàn)混頻器的寬中頻帶寬為目標(biāo)，采用五端口混合環(huán)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的四端口混合環(huán)方案，對V波段反相

2、型單平衡混頻器進(jìn)行了仿真分析與優(yōu)化設(shè)計。首先采用緊湊型耦合微帶線結(jié)構(gòu)設(shè)計了一種通帶為52-68GHz的V波段寬頻帶、低插損帶通濾波器，并將其與寬帶波導(dǎo)-微帶探針過渡連接起來進(jìn)行精確的建模和仿真優(yōu)化。采用高低阻抗線結(jié)構(gòu)設(shè)計了截止頻率為30GHz的中頻低通濾波器，該濾波器同時對50-70GHz的射頻信號具有23dB以上的抑制度。在此基礎(chǔ)上，建立了帶通濾波器、波導(dǎo)-微帶探針及中頻濾波器與五端口混合電橋的一體化HFSS仿真模型，通過優(yōu)化電路參數(shù)

3、，提取了其五端口S參數(shù)。最后，選用UMS公司DBES105a型號的肖特基勢壘二極管和介電常數(shù)為2.2、厚度為0.127mm的Rogers Duriod5880介質(zhì)基片，利用ADS對單平衡混頻器進(jìn)行整體諧波仿真優(yōu)化，得到了中頻帶寬5GHz以上、變頻損耗10dB左右的仿真設(shè)計結(jié)果。
　　2、完成了帶通濾波器、單平衡混頻器微帶電路及屏蔽腔體的加工制作、電路組裝與性能調(diào)試。首先單獨測試了帶通濾波器的性能指標(biāo)，連同兩個波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換的插入損

4、耗在55-65GHz范圍內(nèi)實測結(jié)果為1.6-2.1dB，實現(xiàn)了良好的低插損性能。合理設(shè)計了V波段單平衡混頻器測試方案，構(gòu)建了實驗測試平臺，并對組裝完成的兩套單平衡混頻器的性能進(jìn)行了實驗測試。結(jié)果表明:在固定本振60GHz，射頻在55-65GHz內(nèi)掃頻，輸出中頻在0-5GHz的頻率范圍內(nèi)，變頻損耗典型值為13dB;在固定本振55GHz，射頻在52-60GHz內(nèi)掃頻，變頻損耗典型值為11dB。所研制的混頻器中頻帶寬達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的指標(biāo)。

5、最后，將實測結(jié)果與仿真分析結(jié)果相對比，分析了幅相平衡度對混頻器性能的影響。
　　3、在上述單平衡混頻器研制的基礎(chǔ)上，采用本振信號同相功分，射頻信號正交功分實現(xiàn)正交混頻器的設(shè)計方案，設(shè)計、加工并組裝測試了E-T結(jié)3dB波導(dǎo)功分器和E面分支線3dB波導(dǎo)正交耦合器，將它們與兩個性能一致性良好的單平衡混頻器組合起來，構(gòu)成了一種V波段正交混頻器組件，測試了該組件的變頻損耗等主要性能指標(biāo)。測試結(jié)果表明:在固定本振頻率60GHz，射頻在55-6

6、5GHz內(nèi)掃頻，輸出中頻在0-5GHz范圍內(nèi)，下邊帶變頻損耗典型值為15dB，上邊帶為17dB; I/Q兩路中頻輸出信號的正交性能良好;本振端與射頻端的隔離度典型值為25dB。
　　4、對V波段I/Q混頻器在鏡頻抑制混頻器方面的應(yīng)用進(jìn)行了實驗研究。利用實驗室已有的中頻耦合器模塊與上述I/Q混頻器組件組裝起來，利用正交混頻器輸出中頻等幅正交的特點，構(gòu)成一種平衡式的鏡像抑制混頻器。實驗測試結(jié)果顯示，當(dāng)固定中頻為100MHz時，在54-