毕业设计--波导-微带转换设计.doc

1 绪论 W频段分谐波混频器是3mm射频接收系统的重要组件， 其各项指标直接影响整个射频接收系统性能，研制性能良好的分谐波混频器成为提高整个系统性能的必然要求。 1.1 本课题的研究背景和意义 1.1.1 研究背景 自1873年Maxwell发表《电磁学通论》以来，人们为充分利用电磁资源，在拓宽频谱方面做了大量工作。40年代至今，微波在电子武器发展过程中，包括军用和民用系统中都是最为活跃和最富成果的应用技术之一[1]。制导、雷达、导航、电子战、通信以及众多的民用系统已涉及国民经济的各个部门。从技术和工艺角度来看，微波技术目前已十分成熟，尤其是本世纪70年代和80年代期间发生的一场重大变革，又把微波技术推向了一个新的高峰。这就是，固态器件和微波集成电路的发展导致了微波元部件乃至整个微波系统的小型化和轻量化[2]。其中作为传输媒介的平面传输线的应用，在减小电路之间的寄生影响和电路多余接口方面起到了明显的推动作用。 1.1.2 研究意义 近10多年来，用户剧增使微波频谱出现拥挤，加之精确武器系统的发展要求，就促使人们把系统的工作频率向上延伸，从而导致毫米波（Millimeter Wave）频率的利用。毫米波是波长介于1-10mm的电磁波谱，对应频率范围300-30GHz。在电磁波谱中，毫米波低端与微波相连，高端与红外、光波相接，其领域兼容微波、光波两门技术学科的理论和技术，所以逐渐发展成为一门知识密集和技术密集的综合性分支学科。毫米波的特点是波束窄、必威体育官网网址和抗干扰能力强、容量大、容易实现图像、数字兼容，数模兼容。毫米波技术在通信、雷达、制导、遥测遥感、电子对抗、频谱学及生物效应等多种领域得到越来越广泛的应用[3]。毫米波半导体器件及平面传输线构成的毫米波集成电路以其小型化、重量轻、耗能少的优点，因毫米波技术的进步而迅速发展。随着计算机技术的广泛运用及半导体技术的飞速发展，微波毫米波电路在理论上有了长足的进步，性能优良的微波毫米波器件也不断出现。 在各类毫米波系统中，其接收机部分通常都采用图1.1所示的超外差方案，接收机中的第一级主要由混频器承担。 图1.1 毫米波接收系统的基本组成 作为超外差接收机中的关键部件，混频器性能的优劣直接关系到整个系统工作的好坏。为减小接收系统的体积并提高其性能，现代雷达与制导、电子对抗、通信、射电天文、遥感遥测系统的工作频率已逐步扩展到毫米波频段[4]。由此也对毫米波混频器的性能提出了越来越高的要求，研究低成本、高性能的毫米波混频器便成为一个非常重要的课题。 1.2 混频器的国内外研究现状及发展前景 1.2.1 国内研究现状 通过查阅大量参考文献，最近的十几年里，随着半导体技术和单片集成技术的发展，国内外出现了大量关于毫米波谐波混频器的报道。相比较而言，国内起步比较晚，也没有一套成熟的软件可直接用于MMIC的完整设计。电子科技大学的郭正平制作的Ka波段四次谐波混频器采用的是微带结构。在射频30GHz，本振7.65GHz时的变频损耗为20.6dB。西安电子电信技术研究所上海分所的张广宇、李运、周晨阳研制的K频段次谐波混频器当射频频率18～24GHz，变频损耗为11±1dB。西安空间无线电技术研究所的和新阳先生和禹旭敏先生研究并制作的K波段微带四次谐波混频器，在射频取25.5GHz，本振选用6.3575GHz的锁相频率源时，获得的最小变频损耗为9dB。电子科技大学的赵霞研制的Ka频段微带四次谐波混频器在射频频率为34.2～34.5GHz，本振频率为 8.525～8.775GHz，中频频率为100MHz 时，变频损耗低于10.5dB，其中最优处为 8.5dB[5]。 1.2.2 国外研究现状 国外在谐波混频器这一领域的研究更加深入，并且有一些专门用于设计混频器的CAD软件。 90年代初，Kenji Itohetal.提出了一种适合制作MMIC的新颖的谐波混频器电路结构。此混频器结构非常简单，是由一个反平行二极管对和一些开路、短路的终端构成。这种电路结构的优点有：减小变频损耗；信号与中频的阻抗易于匹配；RF、LO、IF相互之间易隔离；抑制本振所固有的边带噪声[6]。此偶次谐波混频器的电路结构还具有体积小，成本低等特点。40GHz 单片二次谐波混频器能获得9.5dB的变频损耗（IF为600MHz）和75dB的本振泄露抑制。 1.2.3 发展前景 近年来为了对付毫米波雷达的威胁，满足毫米波对抗技术的要求，国外开展了一系列新型毫米波接收机的研究工作，其发展趋势是小型化、轻量化、宽带化、固体化、集成化。其工作频段已逐渐由Ka频段上升到W频段[7]。 为此，研究W频段的混频器具有具有重要的理论和工程价值。 1.3 W频段分谐波混频器的整体结构和思路 1.3.1 W频段分谐波混频器的整体结构框图 W频段分谐波混频器的整体结