一种毫米波宽带倍频器设计
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ｎ＿１ ２
由此可见，输出电流中只包含输入频率的偶次谐波 分量，实现了对输入频率偶次倍频。当然以上结果是在 电路绝对平衡的情况下得到的，实际电路不可能绝对平 衡，电路的性能就会变差ｔ６－ＴＪ。
要实现原理图所示的平衡二倍频器，关键电路就是 安装反向并联二极管的平衡电路，以及将平衡电路转换 成单端输出的Ｂａｌｕｎ电桥。
＼占’
．ＩＯ．∞ －１５．∞
．２０．ｏｏ ３３Ｊｏｏ
．：…：…
＿●
Ｉ ｓ？ｉ。
，．
／～。＼
、’
一／
一．＿‘ｊ‘
●
３６．柏
３９．９０
４３．２０
ｆ／ＧＨｚ
４６Ｊ６０ ５０ＪＤｏ
图６ 微带到波导的探针过渡结构仿真结果
笠现岱曳壬撞苤≥墨Ｑ！Ｑ笙墓２翅总噩墨呈Ｑ翘
图６中上面一条曲线表示探针过渡结构的 Ｓｚ。（ｄＢ），下面一条曲线表示探针过渡结构的Ｓ。。（ｄＢ）， 横轴表示仿真频率３３～５０ ＧＨｚ。得到实物后，再根据 测试结果做一定调试，就能得到比较满意的结果。
参考文献(10条) 1.高树廷 倍频器的研究 1998(4) 2.JOHN Millimeter Wave Frequency Multipliers Employing Semiconductor Diodes in a balanced Configuration 1986 3.魏萍.刘仁厚 8 mm宽带二倍频器的研制 1996(3) 4.黄绣江.唐宗熙 Ka波段二倍频器的研究与设计 2002(5) 5.BITER Rainer Planar broadband MIC balanced frequency doubler 1991(5) 6.马丹 微波倍频技术研究 2006 7.吴宝东 微波倍频技术的研究 2007 8.张俊哲.王卫东 有源四阶倍频器设计 2008(12) 9.赵阳阳.江兆平.向培胜 新型波导-微带对脊鳍线过渡设计 2008(7) 10.钟催林.徐军.李桂萍 8 mm波段高稳电调倍频源研究 2006(3)
一种毫米波宽带倍频器设计
杨先国，何俊岑，杨秀强
（西南电子设备研究所，四川成都６１００３６）
摘 要：毫米波宽带倍频器是毫米波频率合成的关键器件之一。简要总结了倍频电路的基本原理。并以此为基础，从理
论分析、毫米波Ｂａｌｕｎ电桥等关键电路的设计及工艺实现上介绍了一种毫米波四倍频器的设计过程。经过实际测试，该毫米 波四倍频器输出频率为３３～５０ ＧＨｚ，输出功率大于１０ ｄＢｍ，谐波抑制大于２０ ｄＢｃ，各项指标完全迭到国外同类产品水平。
Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｉｏｄｅｓ ｉｎ ａ ｂａｌａｎｃｅｄ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ［ｃ］．Ｄｕｂ－
ｌｉｎ：Ｐｒｏｅ．１６ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｃｏｎｆ．，１９８６．
［３］魏萍，刘仁厚．８ ｍｍ宽带＝倍频器的研制［Ｊ］．电子科技大
学学报，１９９６，２５（３）：２５６－Ｚ５９．
２．２微带到波导的探针过渡
整个倍频器通过混合集成的工艺实现，最后输出的 ３３～５０ ＧＨｚ信号通过探针过渡，实现微带到波导的输 出并保证电路的密封要求［９＿１０］。
探针过渡结构比较成熟，在ＨＦＳＳ中针对输出频 段建模并仿真，即可得到所需的尺寸，如图５、图６ 所示。
图５ 微带到渡导的探针过渡结构
Ｏ．∞ ．５．００
图７毫米波宽带四倍频器外观图
合集成工艺，成功地设计了一个毫米波宽带四倍频器。
…鬈键指标黼工作带宽及输出功率测试结果曩某焉纂瓣莩裳嚣黧黧嚣萎
卿图８所不。
平，可以全面替代相应频段的进口器件。
参考文献
Ｌ１］高树廷．倍频器的研究ＬＪ］．半导体情报，１９９８，３５（４）：３３—３５．
［２］ＪＯＨＮ．Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ Ｗａｖｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ
目８倍频器输出频段及功率
［４］黄绣江，唐宗熙．Ｋａ波段二倍频器的研究与设计［Ｊ］．电子科 技大学学报，２００２，３１（５）：４９４—４９６．
其中横轴表示测试的频率范围为３０～５０ ＧＨｚ，纵
［５］ＢＩＴＥＲ Ｒａｉｎｅｒ．Ｐｌａｎａｒ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ＭＩＣ ｂａｌａｎｃｅｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
其原理和电路结构相同，这里以８．２５～１２．５ ＧＨｚ到 １６．５～２５ ＧＨｚ的倍频模块为例，介绍二倍频电路的设 计方法。
选用二极管作为倍频器件，根据倍频理论，在微波
４５
电路中只要并联或串联一个二极管，都会因为其非线性 电抗产生倍频作用，配合相应的匹配电路和滤波电路就 构成了一个基本的倍频器［３。４］。但是，这样的倍频器效 率较低，实际的倍频器通常都采用多个二极管构成平衡 结构，以增强对不需要谐波的抑制，提高倍频效率。
关键词：毫米波；倍频器｝Ｂａｌｕｎ电桥；宽带
中图分类号：ＴＮ４５４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００４—３７３Ｘ（２０１０）０９一００４５一０３
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ
ＹＡＮＧ Ｘｉａｎ－ｇｕｏ，ＨＥ Ｊｕｎ－ｃｅｎ。ＹＡＮＧ Ｘｉｕ－ｑｉａｎｇ
轴表示输出频谱的功率ｄＢｍ。可见，该倍频器实现了ｄｏｕｂｌｅｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＭＴＴ－－ＳＤｉｇｅｓｔ，１９９１，１１（５）：２７３—２７６．
３３～５０ ＧＨｚ频段内的四倍频输出，并且全频段的输出 功率均大于１０ ｄＢｍ，满足指标要求。
谐波抑制方面，因为该倍频器工作频带较宽，所以 低端输入频率的五次｛皆波会落人工作频带以内，其谐波 抑制应该最差，对最差的这种情况进行测试，结果如 图９所示。横轴表示输出信号的频率ＧＨｚ，纵轴表示输 出信号的功率ｄＢｍ。可见，此时的谐波抑制为２３ ｄＢｃ， 满足设计要求。
采用ＣＰＷ作为安装并联器件的平衡电路，为了与 ＣＰＷ配合，使用槽线到微带的过渡实现Ｂａｌｕｎ电桥。 整个电路分上下两面，采用薄膜工艺制作在陶瓷基片 上，如图３所示。实线为正面电路，虚线为背面电路凹］。 电路尺寸通过在三维仿真软件建模优化得到。
为了提高二极管的一致性以及便于安装，选用Ｔ 字型封装的梁式引线二极管对，安装在背面ＣＰＷ和槽 线连接处。将整个结构在ＡＤＳ中进行仿真、优化，结果 如图４所示（其中横轴表示输出信号对应的频率，单位：
四倍频后的输出采用微带到波导的探针过渡，整个 倍频器设计在一个小型密封腔体内，由倍频、放大、滤波 等多个模块级联而成，便于维修及调试。经过以上分 析，最后得到整个毫米波宽带倍频器的原理框图如图１ 所示。
图Ｉห้องสมุดไป่ตู้毫米波四倍频器原理框图
２关键电路设计
２．１二倍频电路 按照方案设计，整个倍频器包含两个二倍频模块，
１方案分析
本文主要讨论Ｘ波段到７ ｍｍ波段的毫米波宽带 四倍频器，其指标如下：输入频率８．２５～１２．５ ＧＨｚ，功 率１０～１７ ｄＢｍ；输出频率３３～５０ ＧＨｚ，功率大于 １０ ｄＢｍ；谐波抑制大于２０ ｄＢｃ；电源＋１２ Ｖ／６００ ｍＡ； 输入接头为ＳＭＡ～Ｋ，输出接头为ＷＲ２２标准波导，输 入、输出相互垂直。
４６
万方数据
ＧＨｚ；纵轴表示输出信号的功率，单位：ｄＢｍ）。
图３平衡二倍频电路的实现
●∞
ｏ
４∞
１１
．’ ｒ 。…‘－＿●
因
一售ｏ）日Ｅｆｐ 五 ∞ ａ∞
４∞
０
１０
２０
３０
４０
５０
６０
７０
∞
ｆ／６ｎｚ
图４二倍频电路仿真结果
图４的仿真结果是在输入功率＋１３ ｄＢｍ情况下得 到的，由此可算出倍频损耗为１０ ｄＢ，满足图１中方案 设计的要求。同时由仿真结果可以看出，奇次谐波得到 很好的抑制，与理论分析结果一致。
坠通信复信星蕉苤ｇ
３测试结果及分析
完成上述关键电路的设计后，再配合模块化的放大 器和滤波器，就得到了整个毫米波四倍频器，如图７ 所示。
图９倍频嚣谐波抑制测试曲线
４结 语
论述了毫米波霓带倍频器的设计原理和电路实现
方式，重点分析了毫米波Ｂａｌｕｎ电桥、微带到波导的探
针过渡等关键电路的仿真设计，并以此为基础，采用混
本文也采用平衡倍频电路，两只同样的二极管相对 于输入和输出信号分别以反向并联和串联形式接入，原 理如图２所示Ｌ５Ｊ。
图２二板管平衡倍频电路原理图 该电路实际上是一种全波整流电路，其中输入信号 的前半个周期上面一只二极管导通，后半个周期下面 一只二极管导通，流经每个二级管的电流分别为ｉ－＝ ｉ。（ｅ＿”一１），ｉ，７一ｉ。（ｅ”一１）。其中：ｉ。为反向饱和电流。
收稿日期：２００９—１２—１５
万方数据
根据指标要求进行分析：在输入功率１０～１７ ｄＢｍ 时直接实现Ｘ波段到７ ｍｍ波段的四倍频，倍频损耗太 大，提取四次谐波并放大到要求的输出功率难度较大， 所以设计采用两次二倍频实现。这样对于每次倍频后 需提取的谐波，倍频损耗较少，对放大器要求降低；同时 分两次二倍频也有助于提高最后输出的杂波抑制。
［１０］钟催林，徐军，李桂萍．８ ｍｍ波段高稳电调倍频源研究 Ｉ－Ｊ］．固体电子学研究与进展，２００６（３）：３１—３４．
作者简介：扬先国 男，１９７８年出生，工程师。研究方向为微渡、毫米波混合集成电路。 何俊岑男，１９８１年出生，硕士研究生，工程师。研究方向为微波、毫米波混合集成电路。 杨秀强‘男．１９７８年出生，硕士研究生，工程师。研究方向为微波、毫米波混合集成电路。
４７
万方数据
一种毫米波宽带倍频器设计
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
杨先国， 何俊岑， 杨秀强， YANG Xian-guo， HE Jun-cen， YANG Xiu-qiang 西南电子设备研究所,四川,成都,610036
现代电子技术 MODERN ELECTRONICS TECHNIQUE 2010，33(9) 0次
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ；Ｂａｌｕｎ ｂｒｉｄｇｅ；ｂｒｏａｄｂａｎｄ
０引 言
毫米波宽带倍频器是毫米波频率合成的关键器件 之一，有着广泛的应用背景。倍频器基本都是利用半导 体器件的非线性特性产生输入信号的多次谐波，同时配 合Ｂａｌｕｎ电桥、谐波提取电路等实现多次倍频信号的输 出。目前，半导体器件的非线性电阻或电抗特性是构成 倍频器的基础，而容性非线性电抗在实际电路中得到的 应用较多，变容二极管、阶跃恢复二极管和ＦＥＴ三端器 件都是倍频电路中广泛采用的器件［１ｔ２］。本文在简要 分析非线性倍频理论的基础上，介绍了一种毫米波宽带 倍频器的工程设计方法。
口一１／（ｎｋＴ）一１／（∥ｔ）
式中：７＂／是理想因子；愚为波尔兹曼常数；Ｔ为绝对温度； 刀是二极管的效率常数；Ｖ。一Ｔ／１６ ０００，是温度的等值 电压。
流经负载电阻Ｒ。的电流为： ｉＬ一０．５（ｉｌ＋ｉｌ ７）＝ｉ。［ｃｏｓｈ（ａＶ）一１］
将口＝Ｖｃｏｓ（∞。ｆ）代入上式并展开成级数得到：
ｉＬ—ｉｏ—ｉ。＋２ ２：Ｅｉ。ｃｏｓ（ｒＭ￡）］
［６］马丹．微波倍频技术研究［Ｄ］．成都：电子科技大学，２００６． ［７］吴宝东·微波倍频技术的研究［Ｄ］·南京：南京理工大
学，２００７·
［８］张２００俊哲８（１２’王）：慧．有源四阶倍频器设计［Ｊ］·广东通信技术＇
［９］赵阳阳，江兆平，向培胜．新型波导一微带对脊鳍线过渡设计 ［Ｊ］．电讯技术，２００８（７）：１５—１８．
（Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ ｌｎｓｔｉｔｕｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ ｐｌａｙ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｙｎ— ｔｈｅｓｉｚｅｒｓ．Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｂｒｉｅｆｌｙ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ， ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｄｅｓｉｇｎ ｓｕｃｈ ａｓ ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ Ｂａｌｕｎ ｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔＯ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ，ａ ｓｉｇ— ｎａｌ ｏｆ ３３～５０ ＧＨｚ ｉｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ，ｗｈｏｓｅ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ １０ ｄＢｍ ａｎｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ２０ ｄＢｃ． Ｉｔｓ ａｌｌ ｉｎｄｅｘ ｆｕｌｌｙ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｆｏｒｅｉｇｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ．
由此可见，输出电流中只包含输入频率的偶次谐波 分量，实现了对输入频率偶次倍频。当然以上结果是在 电路绝对平衡的情况下得到的，实际电路不可能绝对平 衡，电路的性能就会变差ｔ６－ＴＪ。
要实现原理图所示的平衡二倍频器，关键电路就是 安装反向并联二极管的平衡电路，以及将平衡电路转换 成单端输出的Ｂａｌｕｎ电桥。
＼占’
．ＩＯ．∞ －１５．∞
．２０．ｏｏ ３３Ｊｏｏ
．：…：…
＿●
Ｉ ｓ？ｉ。
，．
／～。＼
、’
一／
一．＿‘ｊ‘
●
３６．柏
３９．９０
４３．２０
ｆ／ＧＨｚ
４６Ｊ６０ ５０ＪＤｏ
图６ 微带到波导的探针过渡结构仿真结果
笠现岱曳壬撞苤≥墨Ｑ！Ｑ笙墓２翅总噩墨呈Ｑ翘
图６中上面一条曲线表示探针过渡结构的 Ｓｚ。（ｄＢ），下面一条曲线表示探针过渡结构的Ｓ。。（ｄＢ）， 横轴表示仿真频率３３～５０ ＧＨｚ。得到实物后，再根据 测试结果做一定调试，就能得到比较满意的结果。
参考文献(10条) 1.高树廷 倍频器的研究 1998(4) 2.JOHN Millimeter Wave Frequency Multipliers Employing Semiconductor Diodes in a balanced Configuration 1986 3.魏萍.刘仁厚 8 mm宽带二倍频器的研制 1996(3) 4.黄绣江.唐宗熙 Ka波段二倍频器的研究与设计 2002(5) 5.BITER Rainer Planar broadband MIC balanced frequency doubler 1991(5) 6.马丹 微波倍频技术研究 2006 7.吴宝东 微波倍频技术的研究 2007 8.张俊哲.王卫东 有源四阶倍频器设计 2008(12) 9.赵阳阳.江兆平.向培胜 新型波导-微带对脊鳍线过渡设计 2008(7) 10.钟催林.徐军.李桂萍 8 mm波段高稳电调倍频源研究 2006(3)
一种毫米波宽带倍频器设计
杨先国，何俊岑，杨秀强
（西南电子设备研究所，四川成都６１００３６）
摘 要：毫米波宽带倍频器是毫米波频率合成的关键器件之一。简要总结了倍频电路的基本原理。并以此为基础，从理
论分析、毫米波Ｂａｌｕｎ电桥等关键电路的设计及工艺实现上介绍了一种毫米波四倍频器的设计过程。经过实际测试，该毫米 波四倍频器输出频率为３３～５０ ＧＨｚ，输出功率大于１０ ｄＢｍ，谐波抑制大于２０ ｄＢｃ，各项指标完全迭到国外同类产品水平。
Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｉｏｄｅｓ ｉｎ ａ ｂａｌａｎｃｅｄ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ［ｃ］．Ｄｕｂ－
ｌｉｎ：Ｐｒｏｅ．１６ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｃｏｎｆ．，１９８６．
［３］魏萍，刘仁厚．８ ｍｍ宽带＝倍频器的研制［Ｊ］．电子科技大
学学报，１９９６，２５（３）：２５６－Ｚ５９．
２．２微带到波导的探针过渡
整个倍频器通过混合集成的工艺实现，最后输出的 ３３～５０ ＧＨｚ信号通过探针过渡，实现微带到波导的输 出并保证电路的密封要求［９＿１０］。
探针过渡结构比较成熟，在ＨＦＳＳ中针对输出频 段建模并仿真，即可得到所需的尺寸，如图５、图６ 所示。
图５ 微带到渡导的探针过渡结构
Ｏ．∞ ．５．００
图７毫米波宽带四倍频器外观图
合集成工艺，成功地设计了一个毫米波宽带四倍频器。
…鬈键指标黼工作带宽及输出功率测试结果曩某焉纂瓣莩裳嚣黧黧嚣萎
卿图８所不。
平，可以全面替代相应频段的进口器件。
参考文献
Ｌ１］高树廷．倍频器的研究ＬＪ］．半导体情报，１９９８，３５（４）：３３—３５．
［２］ＪＯＨＮ．Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ Ｗａｖｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ
目８倍频器输出频段及功率
［４］黄绣江，唐宗熙．Ｋａ波段二倍频器的研究与设计［Ｊ］．电子科 技大学学报，２００２，３１（５）：４９４—４９６．
其中横轴表示测试的频率范围为３０～５０ ＧＨｚ，纵
［５］ＢＩＴＥＲ Ｒａｉｎｅｒ．Ｐｌａｎａｒ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ＭＩＣ ｂａｌａｎｃｅｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
其原理和电路结构相同，这里以８．２５～１２．５ ＧＨｚ到 １６．５～２５ ＧＨｚ的倍频模块为例，介绍二倍频电路的设 计方法。
选用二极管作为倍频器件，根据倍频理论，在微波
４５
电路中只要并联或串联一个二极管，都会因为其非线性 电抗产生倍频作用，配合相应的匹配电路和滤波电路就 构成了一个基本的倍频器［３。４］。但是，这样的倍频器效 率较低，实际的倍频器通常都采用多个二极管构成平衡 结构，以增强对不需要谐波的抑制，提高倍频效率。
关键词：毫米波；倍频器｝Ｂａｌｕｎ电桥；宽带
中图分类号：ＴＮ４５４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００４—３７３Ｘ（２０１０）０９一００４５一０３
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ
ＹＡＮＧ Ｘｉａｎ－ｇｕｏ，ＨＥ Ｊｕｎ－ｃｅｎ。ＹＡＮＧ Ｘｉｕ－ｑｉａｎｇ
轴表示输出频谱的功率ｄＢｍ。可见，该倍频器实现了ｄｏｕｂｌｅｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＭＴＴ－－ＳＤｉｇｅｓｔ，１９９１，１１（５）：２７３—２７６．
３３～５０ ＧＨｚ频段内的四倍频输出，并且全频段的输出 功率均大于１０ ｄＢｍ，满足指标要求。
谐波抑制方面，因为该倍频器工作频带较宽，所以 低端输入频率的五次｛皆波会落人工作频带以内，其谐波 抑制应该最差，对最差的这种情况进行测试，结果如 图９所示。横轴表示输出信号的频率ＧＨｚ，纵轴表示输 出信号的功率ｄＢｍ。可见，此时的谐波抑制为２３ ｄＢｃ， 满足设计要求。
采用ＣＰＷ作为安装并联器件的平衡电路，为了与 ＣＰＷ配合，使用槽线到微带的过渡实现Ｂａｌｕｎ电桥。 整个电路分上下两面，采用薄膜工艺制作在陶瓷基片 上，如图３所示。实线为正面电路，虚线为背面电路凹］。 电路尺寸通过在三维仿真软件建模优化得到。
为了提高二极管的一致性以及便于安装，选用Ｔ 字型封装的梁式引线二极管对，安装在背面ＣＰＷ和槽 线连接处。将整个结构在ＡＤＳ中进行仿真、优化，结果 如图４所示（其中横轴表示输出信号对应的频率，单位：
四倍频后的输出采用微带到波导的探针过渡，整个 倍频器设计在一个小型密封腔体内，由倍频、放大、滤波 等多个模块级联而成，便于维修及调试。经过以上分 析，最后得到整个毫米波宽带倍频器的原理框图如图１ 所示。
图Ｉห้องสมุดไป่ตู้毫米波四倍频器原理框图
２关键电路设计
２．１二倍频电路 按照方案设计，整个倍频器包含两个二倍频模块，
１方案分析
本文主要讨论Ｘ波段到７ ｍｍ波段的毫米波宽带 四倍频器，其指标如下：输入频率８．２５～１２．５ ＧＨｚ，功 率１０～１７ ｄＢｍ；输出频率３３～５０ ＧＨｚ，功率大于 １０ ｄＢｍ；谐波抑制大于２０ ｄＢｃ；电源＋１２ Ｖ／６００ ｍＡ； 输入接头为ＳＭＡ～Ｋ，输出接头为ＷＲ２２标准波导，输 入、输出相互垂直。
４６
万方数据
ＧＨｚ；纵轴表示输出信号的功率，单位：ｄＢｍ）。
图３平衡二倍频电路的实现
●∞
ｏ
４∞
１１
．’ ｒ 。…‘－＿●
因
一售ｏ）日Ｅｆｐ 五 ∞ ａ∞
４∞
０
１０
２０
３０
４０
５０
６０
７０
∞
ｆ／６ｎｚ
图４二倍频电路仿真结果
图４的仿真结果是在输入功率＋１３ ｄＢｍ情况下得 到的，由此可算出倍频损耗为１０ ｄＢ，满足图１中方案 设计的要求。同时由仿真结果可以看出，奇次谐波得到 很好的抑制，与理论分析结果一致。
坠通信复信星蕉苤ｇ
３测试结果及分析
完成上述关键电路的设计后，再配合模块化的放大 器和滤波器，就得到了整个毫米波四倍频器，如图７ 所示。
图９倍频嚣谐波抑制测试曲线
４结 语
论述了毫米波霓带倍频器的设计原理和电路实现
方式，重点分析了毫米波Ｂａｌｕｎ电桥、微带到波导的探
针过渡等关键电路的仿真设计，并以此为基础，采用混
本文也采用平衡倍频电路，两只同样的二极管相对 于输入和输出信号分别以反向并联和串联形式接入，原 理如图２所示Ｌ５Ｊ。
图２二板管平衡倍频电路原理图 该电路实际上是一种全波整流电路，其中输入信号 的前半个周期上面一只二极管导通，后半个周期下面 一只二极管导通，流经每个二级管的电流分别为ｉ－＝ ｉ。（ｅ＿”一１），ｉ，７一ｉ。（ｅ”一１）。其中：ｉ。为反向饱和电流。
收稿日期：２００９—１２—１５
万方数据
根据指标要求进行分析：在输入功率１０～１７ ｄＢｍ 时直接实现Ｘ波段到７ ｍｍ波段的四倍频，倍频损耗太 大，提取四次谐波并放大到要求的输出功率难度较大， 所以设计采用两次二倍频实现。这样对于每次倍频后 需提取的谐波，倍频损耗较少，对放大器要求降低；同时 分两次二倍频也有助于提高最后输出的杂波抑制。
［１０］钟催林，徐军，李桂萍．８ ｍｍ波段高稳电调倍频源研究 Ｉ－Ｊ］．固体电子学研究与进展，２００６（３）：３１—３４．
作者简介：扬先国 男，１９７８年出生，工程师。研究方向为微渡、毫米波混合集成电路。 何俊岑男，１９８１年出生，硕士研究生，工程师。研究方向为微波、毫米波混合集成电路。 杨秀强‘男．１９７８年出生，硕士研究生，工程师。研究方向为微波、毫米波混合集成电路。
４７
万方数据
一种毫米波宽带倍频器设计
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
杨先国， 何俊岑， 杨秀强， YANG Xian-guo， HE Jun-cen， YANG Xiu-qiang 西南电子设备研究所,四川,成都,610036
现代电子技术 MODERN ELECTRONICS TECHNIQUE 2010，33(9) 0次
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ；Ｂａｌｕｎ ｂｒｉｄｇｅ；ｂｒｏａｄｂａｎｄ
０引 言
毫米波宽带倍频器是毫米波频率合成的关键器件 之一，有着广泛的应用背景。倍频器基本都是利用半导 体器件的非线性特性产生输入信号的多次谐波，同时配 合Ｂａｌｕｎ电桥、谐波提取电路等实现多次倍频信号的输 出。目前，半导体器件的非线性电阻或电抗特性是构成 倍频器的基础，而容性非线性电抗在实际电路中得到的 应用较多，变容二极管、阶跃恢复二极管和ＦＥＴ三端器 件都是倍频电路中广泛采用的器件［１ｔ２］。本文在简要 分析非线性倍频理论的基础上，介绍了一种毫米波宽带 倍频器的工程设计方法。
口一１／（ｎｋＴ）一１／（∥ｔ）
式中：７＂／是理想因子；愚为波尔兹曼常数；Ｔ为绝对温度； 刀是二极管的效率常数；Ｖ。一Ｔ／１６ ０００，是温度的等值 电压。
流经负载电阻Ｒ。的电流为： ｉＬ一０．５（ｉｌ＋ｉｌ ７）＝ｉ。［ｃｏｓｈ（ａＶ）一１］
将口＝Ｖｃｏｓ（∞。ｆ）代入上式并展开成级数得到：
ｉＬ—ｉｏ—ｉ。＋２ ２：Ｅｉ。ｃｏｓ（ｒＭ￡）］
［６］马丹．微波倍频技术研究［Ｄ］．成都：电子科技大学，２００６． ［７］吴宝东·微波倍频技术的研究［Ｄ］·南京：南京理工大
学，２００７·
［８］张２００俊哲８（１２’王）：慧．有源四阶倍频器设计［Ｊ］·广东通信技术＇
［９］赵阳阳，江兆平，向培胜．新型波导一微带对脊鳍线过渡设计 ［Ｊ］．电讯技术，２００８（７）：１５—１８．
（Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ ｌｎｓｔｉｔｕｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ ｐｌａｙ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｙｎ— ｔｈｅｓｉｚｅｒｓ．Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｂｒｉｅｆｌｙ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ， ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｄｅｓｉｇｎ ｓｕｃｈ ａｓ ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ Ｂａｌｕｎ ｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔＯ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ，ａ ｓｉｇ— ｎａｌ ｏｆ ３３～５０ ＧＨｚ ｉｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ，ｗｈｏｓｅ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ １０ ｄＢｍ ａｎｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ２０ ｄＢｃ． Ｉｔｓ ａｌｌ ｉｎｄｅｘ ｆｕｌｌｙ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｆｏｒｅｉｇｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ．