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1、電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文1．2毫米波倍頻器簡(jiǎn)介隨著系統(tǒng)工作頻率向毫米波段延伸，要求工作頻率更高，并且有良好穩(wěn)定度和相噪特性的毫米波源已提到研制日程。毫米波信號(hào)一般可采用兩種方式獲得，一種為直接振蕩產(chǎn)生，包括以速調(diào)管、返波管、回旋管為代表的真空電子器件和以場(chǎng)效應(yīng)晶體管、耿氏管和雪崩管為代表的固體器件。真空電子器件一般都需要極高的電壓，強(qiáng)磁場(chǎng)和特殊電子槍，從使用壽命上來說，電真空器件不如固態(tài)器件，但真空電子器件輸出的功率高于固體器件。第二種獲耿毫米波信號(hào)的方式為利用微波源經(jīng)倍頻后獲得。這種方案可保持微波信號(hào)源已有的調(diào)制功能，保持極高的頻率精度，
2、低的相位噪聲，而且可大大降低制作成本。作為一種獲得小功率穩(wěn)定毫米波源的有效、經(jīng)濟(jì)途徑，倍頻器具有以下特點(diǎn)和應(yīng)用【2j．1．降低電子設(shè)備的主振頻率。對(duì)于那些工作頻率高而對(duì)穩(wěn)定性要求又較嚴(yán)格的通信機(jī)和高頻設(shè)備極為重要，因?yàn)榫д竦念l率越高，相對(duì)頻率穩(wěn)定度就越低。為了解決固態(tài)發(fā)信機(jī)中高的穩(wěn)定度和高的輸出頻率之間的矛盾，常在主振級(jí)和輸出級(jí)間采用多次倍頻的技術(shù)。2．?dāng)U展工作頻段。在電子對(duì)抗中需要寬頻帶的干擾和反干擾收、發(fā)設(shè)備，若用一個(gè)振蕩器難以使它覆蓋一個(gè)倍頻程的頻段，而采用倍頻方式卻能做到一個(gè)或多個(gè)倍頻程的工作帶寬。因此在電子設(shè)備中倍頻成為很重要的一
3、種技術(shù)手段。3．對(duì)于調(diào)相或調(diào)頻發(fā)射機(jī)，利用倍頻器可以加深調(diào)制度，以獲得大的相移或頻移。4．由于倍頻器容易產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)的各次諧波頻率，所以倍頻器成為頻率合成器中不可缺少的一部分。5．利用倍頻，可以制成毫米波、亞毫米波固態(tài)源，它們?cè)谏潆娞煳?、毫米波通信、雷達(dá)、軍事偵察、監(jiān)視、制導(dǎo)等方面得到廣泛的應(yīng)用。1．3毫米波倍頻器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)國(guó)外毫米波寬帶倍頻起步較早，發(fā)展較快，并向亞毫米波和太赫茲的更高頻率發(fā)展。隨著新型器件的不斷發(fā)展和研制成功，HBV(Heterostructurev-barrier-varactor)二極管倍頻器【31、ATL(A
4、rtificialTransmissionLine)黼t41、平面肖特基二2第一章引言極管倍頻器【5蝽BHEMT(高電子遷移率晶體管1倍頻器等不斷涌現(xiàn)。由于工藝和技術(shù)成熟，毫米波寬帶倍頻多采用MMIC形式和有源倍頻實(shí)現(xiàn)。亞毫米波和太赫茲多采用混合集成[6】[71【”。國(guó)內(nèi)方面，由于起步較晚，技術(shù)、工藝及國(guó)外的芯片禁運(yùn)等各方面因素，發(fā)展程度落后于NPI"。毫米波的寬帶信頻基本采用混合集成。Ka波段的混合集成寬帶倍頻已有不少報(bào)道[91㈣，實(shí)現(xiàn)方式也有多種，但w被段的令波段倍頻報(bào)道為數(shù)不多?】。131國(guó)外發(fā)展動(dòng)態(tài)1999年DayldwPorter
5、fieid報(bào)道了一個(gè)80G到160G高功率寬帶固定調(diào)諧的平衡倍頻器[1“。如圖卜I所示，這種平衡倍頻器利用傳輸模式的丁F交性柬完成輸入輸出隔離，同時(shí)實(shí)現(xiàn)平衡，不平衡之M的轉(zhuǎn)換，抑制不需要的諧波，不需要專門的濾波器來實(shí)現(xiàn)隔離，減少了損耗和增大帶寬。雖然用變?nèi)莨軄韺?shí)現(xiàn)寬帶倍頻器有一定的天生缺陷，但它也有輸出功率人的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)在已有文獻(xiàn)報(bào)道利用多個(gè)變?nèi)莨苁鴮?shí)現(xiàn)一定帶寬的毫米波倍頻器，其3dB帶寬為17％，在輸出功率為100row的最大效率是48％。幽1-180．160GHz高功率寬帶蚓定調(diào)諧的平衡倍頻器2001年MatthewMorgan和Sand
6、erweinreb發(fā)表了第一篇關(guān)于整個(gè)w頻段全波導(dǎo)帶寬三倍頻器單片集成電路的文獻(xiàn)m}。本電路采用平面肖特基二極管反并聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，采用反并聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)有利于產(chǎn)生所需要的三次諧波同時(shí)抑制偶次諧波，在全波導(dǎo)帶寬內(nèi)，輸出功率為．37dBmN+2dBm，轉(zhuǎn)換效率為15％。2004年CharlotteTripon．Canseliet，AlainMaestrini等報(bào)道了一篇900GHz平衡電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文式三倍頻器I“】。該電路采用平面二極管，用平衡結(jié)構(gòu)安裝于分裂波導(dǎo)中。為了減少介質(zhì)損耗，采用薄膜技術(shù)的懸置微帶傳輸線，輸入，輸出均采用波導(dǎo)，通過對(duì)
7、截止頻率的選擇實(shí)現(xiàn)輸入輸出隔離。整個(gè)結(jié)構(gòu)易于安裝和實(shí)現(xiàn)。但該結(jié)構(gòu)沒有提出偏置電路．如果加上偏置，變頻損耗和輸出功率將得到改善。該結(jié)構(gòu)可以通過修改用于毫米波高端。測(cè)試結(jié)果：在4mW的驅(qū)動(dòng)功率下，在800—970GHz頻段輸出功率為50．130uW。2004年W．HChowandDESteenson報(bào)道了波導(dǎo)三倍頻器Il”，本倍頻器將六個(gè)HBV用高阻抗線串聯(lián)形成的非線性傳輸線(NLTLs)f【“產(chǎn)生三次諧波，HBV因?qū)ΨQ的C—V曲線只產(chǎn)生奇次諧波，非常適合作三倍頻器。如圖1．2所示，輸入基波由WR一5波導(dǎo)輸入，通過一寬帶鯖線匹配到非線性傳輸線，
8、產(chǎn)生的三次諧波通過鰭線匹配到輸出波導(dǎo)，輸入輸出凹L『可以減小波導(dǎo)到鰭線的不連續(xù)性，設(shè)計(jì)NLTLs的截止頻率為650GHz，這樣第五次諧波就不會(huì)出現(xiàn)在輸出口，且可提高轉(zhuǎn)換效率，理論
