220GHz三次谐波混频器研究

220GHz三次谐波混频器研究

由于太赫兹波有非电离性,高穿透性等特点,国内外掀起了在物理光学和电

子学等学科中对太赫兹前沿技术的研究热潮。其在通信雷达方面也有广阔的研究空间,这就使太赫兹收发系统也具备探讨价值。220GHz为大气传输窗口,针对这

个频段,已有大量对雷达、卫星通信等的研究。

而毋庸置疑混频器是接收组件必不可少的部分,对系统性能的影响至关重要。谐波混频器可以降低混频器中本振源的实现难度,有利于整个收发系统的小型化。此外,本文研制的三次谐波混频器用于本实验室220GHz雷达收发系统中,可简化系统组件,有重要意义。

本文首先介绍了太赫兹混频器的发展动态和奇次混频器一些研究进展,然后分析了奇次谐波混频原理。再根据需要达到的指标和实现可行度确定二极管建模,各无源仿真。本文除了传统的高低阻抗滤波器还采用了CMRC滤波器,使滤波器的阻带更宽,尺寸更小。

在射频过渡部分,肖特基二极管被倒扣在波导内,高频信号通过鳍线-波导过渡的形式加载在管芯上。为了确认信号能否成功加载二极管,本文将HFSS和ADS 两种软件结合使用,并在此基础上,用同样的方法确定整体电路的变频损耗。电路仿真的结果为:在190-230GHz频段内,变频损耗为20±5dB,最优频点达到15dB。

以上电路建模仿真结果显示,本文研究的混频器不仅变频损耗较好而且工作带宽较宽。加工完成后,采用固定中频频率和固定本振频率两种测试方法,实验结果表明,在198-228 GHz的频带内,变频损耗均小于35d B;固定中频测试时,最佳频点的变频损耗为24dB;固定本振测试时,最佳频点的变频损耗为24.6dB。目前国际上处于太赫兹波频段的奇次谐波混频器还不算普及,本文研究的220GHz三

次混频器为高频段的奇次混频器工作提供了一些经验,还有一定的优化空间。

可以从建模和加工工艺两方面继续优化,降低变频损耗。