毫米波倍频器的分析

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1、南京理工大学硕士学位论文毫米波倍预器的研究频率信号高次倍频至毫米波频段。还有其他一些实现倍频的方式:J.w.Archer采用双管结构的二倍频器在105GHz得到2枷姆的输出功率W，评.b训等提出用二极管作为高次倍频器件，很有吸引力。下面例举一些实例:Yongxuan等设计的72一88GHzF曰二倍频器，变频增益大于3dB，对基波和奇次谐波的抑制大于SOdB，并且电路简单。5.Meszaro5，C.J.verver等使用NC673FET，采用鳍线一微带线混合电路结构，研制了一个18，75GHz到37.SGHz的二倍频器在350姗2的输入频率带宽内，二次倍频变换损耗为5.84士0.15

2、dB.C.Nguyen等使用梁式引线肖特基势垒混频二极管，将倍频电路印制在一块厚为0.论7丽的RT-Duroid588O软基片上，实现了全平面集成电路的宽频带毫米波二倍频器。13本文研究工作本文借鉴国内外倍频器的研究，.将使用ADS软件设计制作微带结构的sm波变容管二倍频器，并对毫米波变容管倍频器进行理论分析和研制。本文共分五章，除去本章外.后续各章内容如下:第二章扼要介绍了微带线的传输特性及不连续性。第三章对变容管的基本特性作了详细介绍，并列举了变容管倍频器了两种基本电路，最后详细阐述了变容管倍频器的倍频机理。第四章首先介绍了变容管倍频器的设计方法，然后对各部分电路进行设计并借助

3、ADS软件对其进行仿真，得到电路结构尺寸。第五章对变容管倍频器硬件电路进行测试并作结果分析。南京理工大学硕士学位论文毫米波倍频器的研究2微带线的传输特性及不连续性对用作毫米波集成电路的传输线来说.基本要求之一是其结构应当是“平面”排列的，即电路特性完全由单一平面内的电路尺寸所决定的结构。在毫米波频段，常用的平面传输线只有微带和悬置微带结构。尽管共面线在电路中容易实现并联连接，但从电路效果上看它们不如微波频段那样令人满意。如果把槽线桥接在矩形波导宽壁之内，这种由矩形波导和槽线组成的新结构就称为鳍线。鳍线也是毫米波混合集成电路常用的一种传输线，它的优点是色散弱，单模带宽大，衰减也不大，

4、而且与半导体器件芯片和矩形主模波导的兼容性好，但它不是一种严格的“平面”结构而是一种准平面结构.由于鳍线基片是嵌在矩形波导E面之内，所以也称为E面传输线。上述几种传输媒介在毫米波混合集成电路中的频率上限可以高达n0GHz，其限制因素主要来自制造公差、装配和模式抑制的综合考虑.它们在毫米波高端的损耗，特别是由弯曲等不连续性和表面波引入的辐射损耗也十分严重，因此实际工程中须采用一定的屏蔽措施加以缓解。微带和类微带传输线由介质基片上的一条薄金属导体构成，基片背面是一层导电率为无限大的接地板。有关微带结构的解析解和数值解问题，人们已经作过广泛研究.在所有求解方法中，最为简单的是准静态法。准

5、静态方法的适用范围有一定的限制条件，而全波分析则是一种完善的严格方法。在准静态法分析中，类微带中传输模作为纯T明模来考虑，其传输特性则通过实际结构的静电容来计算。事实证明，在导体条带宽度，和基片厚度h远小于介质中波长时，这种分析方法所得结果对电路设计已经足够准确。另一方面，全波分析方法考虑了传输模的混合本质，其传输特性则通过确定传播常数的办法来计算。2.1微带线的特性阻抗和相速1姻特性阻抗和相速是任何微波传输线的最主要两个参量。前者与阻抗匹配有关，后者决定传输线电长度和其几何长度的关系。研究微带线的各种特性，首先是从这两个参量出发。必须指出:传输线的特性阻抗及相速，均系对一定的波形

6、而言。如对同轴线，一般指TEM型(即横电磁波);对于一般矩形波导，通常指拭。型，其它的波形称为杂型或高次型，应设法加以抑制.微带线虽是由平行双线演变而来，但因导体之间夹入了南京理T人学硕1:学位论文毫米波倍频器的研究介质基片，使情况复杂化。用电磁场原理可以证明:这时微带线传输的电磁波不是纯粹的横电磁波，而会出现各种杂型波。但如尽量缩小微带横截面尺寸，使带条宽度w和基片高度h均远小于刀2杯(其中又为工作波长，，，为基片材料对真空的相对介电常数)，则杂型波极小，可以近似地看成为TEM波.由于它和同轴线均匀介质中的丁EM波略有差别，故称为准T印波。对于TEM波，传输线的特性阻抗2。和相速

7、v，分别为:q(0)q(v)二(2.1.1)(l一土)。中s1(2.1.2)、=不万其中几和co分别为传输线的分布电感和分布电容。特性阻抗为传输线上行波电压和行波电流，或入射波电压对入射波电流之比:相速则表示电磁波在传输线上的行进速度.由于波的速度是以等相位点向前移动速度表示，故又称为相速。当传输线的分布电感与分布电容求得后，即可根据上式分别求出2。和v，。根据T阴波的特性，其横截面上某一瞬间电场和磁场的分布和该传输线无限长、无限均匀时的静电场与静磁场分布完全一致，故