采用CMRC結(jié)構(gòu)的Ka波段 四次諧波混頻器設計

1 引言

毫米波混頻器是毫米波通信、測量、雷達、電子對抗等系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵部件。當系統(tǒng)使用頻率進入毫米波頻段后，對應的基波混頻器的本振源制作難度較大，成本較高。從降低成本、利用現(xiàn)有成熟技術(shù)的角度考慮，采用諧波混頻可以降低本振的工作頻率，而且可得到相當于基波平衡混頻器的噪聲性能，在毫米波頻段被廣泛應用。

2 諧波混頻器原理

諧波混頻主要是利用二極管的非線性得到本振的n（2，4，6……）次諧波和射頻混頻，再由匹配電路，濾波電路選出所需中頻。通常采用反向并聯(lián)二極管對，使輸出電路中，射頻只與本振的偶次諧波混頻，諧波成分比單管混頻減少一半，而幅度卻比單管大一倍。奇次本振只在管對內(nèi)部，輸出電路中沒有本振的奇次諧波，這樣既簡化了電路，減少了噪聲，同時大大降低了變頻損耗。整體原理框圖如下：

圖1 諧波混頻原理框圖

3 緊湊微波諧振單元（CMRC）濾波器

低通濾波器是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，傳統(tǒng)微帶低通濾波器采用高低阻抗線或開路線結(jié)構(gòu)，受傳輸線最高阻抗的限制，它們阻帶窄，寄生通帶影響大。針對這些缺點，現(xiàn)代微帶低通濾波器著重研究光子帶隙（PBG）或缺陷地（DGS）兩種結(jié)構(gòu)，通過這些結(jié)構(gòu)具有的等效電容和等效電感，實現(xiàn)了非常高的阻抗，從而大大提高了濾波器的性能，同時還具有寬帶阻和慢波特性。

根據(jù)傳輸線理論，無耗線的波速 ，L、C是單位長度的分布串聯(lián)電感、分布并聯(lián)電容。通過增大L、C就能減小波速v，得到慢波特性。

對于慢波結(jié)構(gòu)，頻率f變化時，由于波速v較小，波長λ相對變化小，對結(jié)構(gòu)的影響小。另一方面，對于同一頻率，慢波結(jié)構(gòu)的波長λ小，則相應的結(jié)構(gòu)尺寸也小。CMRC低通濾波器的幾何結(jié)構(gòu)如圖2：

圖2 CMRC低通濾波器

它包括兩端50歐匹配線，中間一根長水平傳輸線，八根水平耦合線和四根垂直補償線，這些細線大大增強了電感，而平行線之間的縫隙又增大了傳輸線的電容。電容電感的增加使得這個結(jié)構(gòu)具有慢波特性，而且這些各種不同的電容電感產(chǎn)生了多個傳輸零點，使得電路具有寬阻帶的效果。等效電路如圖3。

圖3 CMRC濾波器等效電路