W波段八次諧波混頻器設(shè)計

　　3.3 中頻低通濾波器設(shè)計

　　對于中頻輸出端，要求通過中頻2GHz。主要抑制本振12GHz，射頻94GHz，本振奇次諧波36GHz、60GHz、84GHz、108GHz等，射頻與偶次本振的諧波22GHz、46GHz、70GHz等。傳統(tǒng)的開路短截線低通濾波器和階躍阻抗低通濾波器阻帶窄，寄生通帶多，幾乎無法達(dá)到本文設(shè)計要求。這里采用缺陷地結(jié)構(gòu)(DGS，Defected Ground Structure)，通過在接地板上刻蝕缺陷的圖形，增加傳輸線等效分布電容和分布電感，設(shè)計出一種通帶平坦、阻帶超寬、結(jié)構(gòu)緊湊、性能優(yōu)良的DGS低通濾波器。整個結(jié)構(gòu)15.4mm*5mm。

　　圖7 DGS低通濾波器結(jié)構(gòu)圖

　　HFSS全波仿真結(jié)果如下：

　　圖8 中頻低通濾波器仿真結(jié)果

　　可見，它通帶帶寬有6GHz，帶內(nèi)回波損耗大于20dB。對10GHz以后的頻率都有20dB以上的衰減，抑制了本振、射頻以及其它各閑散頻率，很好的實(shí)現(xiàn)了本文中頻低通濾波器的設(shè)計要求。

　　3.4 本振低通濾波器設(shè)計

　　對本振輸入端，應(yīng)該通過本振12GHz，阻止射頻94GHz，本振奇次諧波36GHz、60GHz、84GHz、108GHz等，射頻與偶次本振的諧波22GHz、46GHz、70GHz等。這里采用緊湊微波諧振單元(CMRC)低通濾波器，如圖9：

　　圖9 CMRC低通濾波器結(jié)構(gòu)圖

　　圖中，多根水平細(xì)微帶線增加了電路的等效電感，其相互之間縫隙耦合增加了傳輸線的等效電容，使得整個結(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(diǎn)，使得電路又具有寬阻帶的效果。整個電路結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，只有6.4mm*1.8mm，對尺寸加工誤差不敏感。仿真結(jié)果如下：

　　圖10 CMRC低通濾波器仿真結(jié)果

　　它對本振信號只有0.36dB的損耗，對本振的三、五、七、九次諧波和射頻信號都有20dB以上的抑制。

　　4 整體電路設(shè)計

　　最后，結(jié)合HFSS和ADS，優(yōu)化設(shè)計整體電路，仿真得變頻損耗隨射頻輸入頻率變化結(jié)果如圖11：

　　圖11 W波段八次諧波混頻器變頻損耗

　　由圖，30dB以下變頻損耗帶寬約為92.5GHz～99GHz，最低變頻損耗為24.1dB。

　　5 總結(jié)

　　本文介紹了諧波混頻器的基本原理，分析八次諧波混頻器非線性電路中的閑散頻率，據(jù)此分別設(shè)計了寬帶波導(dǎo)-微帶鰭線過渡、改進(jìn)型低損耗帶通濾波器，超寬阻帶DGS低通濾波器，CMRC慢波結(jié)構(gòu)濾波器，得到一種性能良好的W波段八次諧波混頻器。本振12GHz固定不變，射頻信號在92.5～99GHz變化時，變頻損耗都小于30dB，最低變頻損耗24.1dB。實(shí)驗(yàn)研究工作正在進(jìn)行中。