小型毫米波頻率合成技術(shù)研究.pdf

1、頻率合成源被譽(yù)為電子系統(tǒng)的心臟，其性能直接影響到系統(tǒng)的整機(jī)性能。隨著毫米波理論、器件水平、新型封裝技術(shù)與電路制作工藝的發(fā)展，頻率合成源的性能不斷提高。另一方面，目前毫米波無線通信、雷達(dá)、制導(dǎo)和測(cè)試等系統(tǒng)發(fā)展迅猛、需求緊迫，這些系統(tǒng)都對(duì)頻率合成源提出了越來越高的要求。因此，研究毫米波頻率合成技術(shù)具有重要的意義和緊迫性，也是國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。
　　本文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：
　　1、本文結(jié)合頻率合成方式的各自優(yōu)缺點(diǎn)

2、，研究了五種小型混合式頻率合成方法，規(guī)避了單一頻率合成方式的局限，為實(shí)現(xiàn)具有小型化、平面化、低相位噪聲、低雜散、寬帶和捷變頻等性能的頻率合成器提供了理論基礎(chǔ)。研究了兩種小型相參頻率合成方法，突破了由傳統(tǒng)變頻-濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)的相參源的固有缺陷。在此基礎(chǔ)上，提出了全平面集成的W波段頻率合成源實(shí)現(xiàn)方法——采用多級(jí)倍頻擴(kuò)展頻帶的方法對(duì)微波頻率源進(jìn)行擴(kuò)頻來實(shí)現(xiàn) W波段頻率合成源，該方案的構(gòu)架為 W波段頻率合成源的實(shí)現(xiàn)提供了一種更好方式。
　　

3、2、研究了用于擴(kuò)頻的W波段低次倍頻技術(shù)。首先，對(duì)比研究了MMIC式、平衡二極管式、自偏置平衡二極管式三種W波段三倍頻技術(shù)，利用諧波平衡法對(duì)各電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)、分析與驗(yàn)證。這三種方式中，自偏置平衡二極管倍頻具有最佳變頻損耗。第二，研究了一種平面集成W波段二倍頻技術(shù)，采用單管倍頻的方案，使用諧波平衡法研究并設(shè)計(jì)了低成本、小型化和低變頻損耗的二倍頻器，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期吻合。第三，將小型微波頻率合成源×4×3擴(kuò)頻得到 W波段倍頻頻率合成源；將小型微

4、波相參頻率合成源×2×2×2擴(kuò)頻得到W波段相參頻率合成源。驗(yàn)證了兩種實(shí)現(xiàn)W波段擴(kuò)頻源方法的正確性。
　　3、在對(duì)W波段頻率合成源的應(yīng)用探索方面，提出了小型3mm導(dǎo)引雷達(dá)樣機(jī)方案。為提高接收機(jī)的接收靈敏度，必須突破接收混頻器的寬帶、低變頻損耗和低駐波這三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。本文采用了五端口環(huán)形電橋作為平衡混頻器的基本單元，提出了一種基于多線緊耦合結(jié)構(gòu)的 W波段寬帶、低損耗的隔直/濾波器，采用該結(jié)構(gòu)的平衡混頻器比傳統(tǒng)平衡混頻器具有更寬帶寬

5、、更低變頻損耗和更好的駐波特性。第二，在W波段大功率發(fā)射機(jī)的研究中，研制了W波段保護(hù)開關(guān)和W波段脈沖信號(hào)檢波器，采用了多級(jí)注入鎖定大功率IMPATT脈沖振蕩器的方案，完成了在94.2±0.16GHz內(nèi)，脈沖輸出大于22W的發(fā)射機(jī)的研究。最后，通過對(duì)小型3mm集成導(dǎo)引雷達(dá)樣機(jī)的外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方案的可行性。
　　4、低溫共燒陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic——LTCC）是微波毫米波高密度集成技術(shù)的

6、研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)之一。本文研究了微波毫米波LTCC電路的關(guān)鍵技術(shù)問題，包括層間垂直通孔過渡、層間耦合式過渡、子模塊之間互連、不同傳輸線之間的互連、屏蔽等諸多問題。提出并驗(yàn)證了一種適合于DC～40GHz的層間垂直通孔互連結(jié)構(gòu)；研究并驗(yàn)證了多種LTCC共面波導(dǎo)到矩形波導(dǎo)的過渡結(jié)構(gòu)；提出了一種能夠大大降低接地通孔數(shù)量的電路屏蔽措施；對(duì)LTCC濾波器的綜合與設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的研究，并以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了LTCC埋置濾波器。這部分研究成果為新型封裝技術(shù)（L

7、TCC）與毫米波電路的結(jié)合提供了有利的技術(shù)支持。
　　5、提出利用LTCC工藝實(shí)現(xiàn)毫米波頻率合成源。首先，研究了基于混頻鎖相環(huán)的微波LTCC頻率合成源，并在LTCC多層基板上完成了制作，用實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方案的可行性；第二，提出了基于混頻鎖相+倍頻的Ka波段LTCC頻率合成方案，該方案在LTCC基板內(nèi)部埋置了微波濾波器濾除混頻支路中的諧波分量，在基板內(nèi)部實(shí)現(xiàn)電源、信號(hào)、數(shù)字連接的分層交叉布線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期吻合很好，首次在毫米波頻