W波段八次諧波混頻器設(shè)計(jì)

　　1 引言

　　混頻器是微波通信、射電天文學(xué)、雷達(dá)、等離子物理、遙控、遙感、電子對(duì)抗，以及許多微波測(cè)量系統(tǒng)中至關(guān)重要的部件。在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，毫米波頻段通常采用超外差接收機(jī)，混頻器作為第一級(jí)就成為關(guān)鍵部分。由于在毫米波頻段，同頻段高性能的本振源成本高，技術(shù)難度大，采用諧波混頻技術(shù)是解決此問(wèn)題的有效途徑，只需射頻頻率1/2、1/4甚至1/8的本振頻率即可實(shí)現(xiàn)混頻。

　　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(duì)，它使輸出電路中，射頻信號(hào)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(duì)內(nèi)部，輸出電路中沒(méi)有本振的奇次諧波，這樣既簡(jiǎn)化了電路，減少了噪聲，同時(shí)大大降低了變頻損耗。整體電路原理框圖如下：

　　圖1 諧波混頻原理框圖

　　八次諧波混頻器是利用本振的八次諧波與射頻信號(hào)混頻得到中頻輸出。由于諧波次數(shù)較高，電路中需要回收的閑散頻率比亞諧波混頻器、四次諧波混頻器都要多很多，對(duì)各濾波匹配結(jié)構(gòu)提出了更加嚴(yán)格的要求。圖2是只有反向并聯(lián)二極管對(duì)，沒(méi)有任何濾波匹配結(jié)構(gòu)時(shí)的中頻輸出端頻譜。本振頻率12GHz，本振功率12dBm。射頻頻率94GHz，射頻功率-10dBm。中頻頻率為8*LO-RF=2GHz。

　　圖2 無(wú)匹配、濾波時(shí)中頻端頻譜

　　可見(jiàn)，電路中由二極管非線性產(chǎn)生的諧波分量主要包括：

　　1)本振的奇次諧波(m4~m7)：36GHz、60GHz、84GHz、108GHz等;

　　2)射頻與偶次本振混頻的諧波(m8~m10)：22GHz、46GHz、70GHz等。

　　為了回收利用這些諧波分量，降低變頻損耗，在反向并聯(lián)二極管管對(duì)左右兩邊各加上兩節(jié)短截線(如圖1)：開(kāi)路線A對(duì)奇次本振都短路，可以回收第一類諧波;短路線D對(duì)偶次本振都短路，可以回收第二類諧波(RF≈8LO);開(kāi)路線B、C對(duì)這些諧波分量也有一定的回收。經(jīng)過(guò)仿真，僅僅加上短截線后變頻損耗減少了15dB，具有明顯效果。

　　3 電路設(shè)計(jì)及仿真

　　本設(shè)計(jì)采用RT/duroid 5880 高頻基片，基片厚0.127mm，介電常數(shù)2.2。二極管選用DMK2308是砷化鎵肖特基反向并聯(lián)二極管管對(duì)，它主要應(yīng)用于20～100GHz，具有低結(jié)電容和低串聯(lián)電阻。

　　3.1 波導(dǎo)-微帶過(guò)渡設(shè)計(jì)

　　波導(dǎo)-微帶過(guò)渡裝置的基本要求：1) 低傳輸損耗和高反射損耗;2) 有足夠的頻帶寬度;3) 便于設(shè)計(jì)加工。本文選用對(duì)脊鰭線過(guò)渡結(jié)構(gòu)。

　　圖3 波導(dǎo)-微帶鮨線過(guò)渡