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、電子對抗，以及許多微波測量系統(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，它使輸出電路中，射頻信號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，沒有任何濾波匹配結(jié)構(gòu)時的中頻輸出端頻譜。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 無匹配、濾波時中頻端頻譜

　　可見，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)二極管管對左右兩邊各加上兩節(jié)短截線(如圖1)：開路線A對奇次本振都短路，可以回收第一類諧波;短路線D對偶次本振都短路，可以回收第二類諧波(RF≈8LO);開路線B、C對這些諧波分量也有一定的回收。經(jīng)過仿真，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，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)-微帶過渡設(shè)計(jì)

　　波導(dǎo)-微帶過渡裝置的基本要求：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。本文選用對脊鰭線過渡結(jié)構(gòu)。

　　圖3 波導(dǎo)-微帶鮨線過渡