毫米波與亞毫米波固態(tài)倍頻源的研究.pdf

1、隨著毫米波、亞毫米波芯片及電路技術(shù)的發(fā)展，毫米波、亞毫米波系統(tǒng)在天文、醫(yī)學(xué)、通信等領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。作為毫米波、亞毫米波超外差系統(tǒng)核心的頻率源技術(shù)也得到了長足的發(fā)展，尤其是固態(tài)倍頻源有取代諸如真空管振蕩器、光學(xué)振蕩器等頻率源的趨勢。本文主要研究毫米波、亞毫米波頻段固態(tài)倍頻器的設(shè)計(jì)及制作方法，所取得的主要研究成果包括:
　　 (1)研究毫米波、亞毫米波頻段固態(tài)倍頻器的核心部件——肖特基二極管的建模方法。分別采用等效電路

2、模型法以及物理模型法對MACOM公司的MA46H146肖特基變?nèi)荻O管以及UMS公司的DBES105a肖特基變阻二極管進(jìn)行建模。在倍頻器仿真中研究DBES105a二極管的物理模型中某些未知尺寸參數(shù)的變化對倍頻器性能的影響，從而提高模型的可靠性。本文所設(shè)計(jì)倍頻器的測試結(jié)果與仿真結(jié)果較好的吻合度也驗(yàn)證了該建模方法的準(zhǔn)確性。
　　 (2)采用MA46H146肖特基變?nèi)荻O管分別設(shè)計(jì)了Q頻段以及W頻段兩款單管倍頻器。Q頻段倍頻器的測試結(jié)

3、果與仿真結(jié)果較為吻合，在43GHz～49GHz頻率范圍內(nèi)，倍頻器輸出功率大于5.5dBm，倍頻效率大于12％。W頻段倍頻器測試結(jié)果與仿真結(jié)果存在一定的差異，測試輸出功率比仿真結(jié)果平均低5dB以上，這主要是因?yàn)樽內(nèi)荻O管的推薦最高工作頻率不夠高（約60GHz左右），且設(shè)計(jì)中采用了簡化的等效電路模型。
　　 (3)提出一種便于外加偏置的平衡式二倍頻器結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)通過對傳統(tǒng)的鰭線/懸置微帶線倍頻器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，將鰭線端口而不是懸置微帶

4、線端口作為倍頻器的驅(qū)動(dòng)信號輸入端口，并采用帶有偏置電路的懸置微帶/波導(dǎo)過渡為二極管提供外加偏置電壓。本文采用MA46H146變?nèi)荻O管設(shè)計(jì)了一款Q頻段平衡式二倍頻器，采用DBES105a變阻二極管設(shè)計(jì)了一款W頻段平衡式二倍頻器。其中Q頻段平衡式二倍頻器在33GHz～50GHz頻率范圍內(nèi)，輸出功率大于10dBm，倍頻效率大于10％。W頻段平衡式二倍頻器在92GHz～96GHz頻率范圍內(nèi)，輸出功率大于5dBm，倍頻效率大于3％;峰值輸出功率

5、為8.5dBm，對應(yīng)峰值倍頻效率為7％。對W頻段倍頻器的仿真及實(shí)驗(yàn)表明，外加偏置可優(yōu)化變阻倍頻器的性能，使其在不同驅(qū)動(dòng)功率下都達(dá)到最佳倍頻效率。這也驗(yàn)證了本文所提出的平衡式二倍頻器結(jié)構(gòu)的有效性。
　　 (4)采用石英基片工藝研制了一款D頻段平衡式二倍頻器。首先提出一種適合于石英基片的波導(dǎo)/鰭線過渡結(jié)構(gòu)及安裝方式，并通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)的可行性。倍頻器的測試結(jié)果表明，在驅(qū)動(dòng)功率為14.4dBm，二極管偏置電壓為-0.4V時(shí)，

6、最大輸出功率為5.3dBm，峰值倍頻效率為12.9％。
　　 (5)提出一種基于雙面鰭線/雙面懸置微帶線的單基片單腔體功率合成式二倍頻器。為提高倍頻器的輸出功率，功率合成式倍頻是目前國際上的研究方向之一。據(jù)作者所知，本文為國內(nèi)首個(gè)成功研制出功率合成式倍頻器。與國外采用Y-型波導(dǎo)功率合成以及雙基片單腔體功率合成式倍頻不同，本文設(shè)計(jì)了一款W頻段單基片單腔體功率合成式倍頻器，具有集成度高、便于加工和裝配的優(yōu)點(diǎn)。測試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合較