基于雪崩器件毫米波高次谐波混频技术

【摘要】：毫米波混频器是毫米波接收系统中的关键电路。随着工作频率的提高，毫米波混频器本振源的实现难度与成本随之增大，不利于毫米波混频技术的系统应用。 随着毫米波谐波混频器的出现，利用本振频率的2次谐波或4次谐波与毫米波信号进行混频，则可有效降低本振源的工作频率，提高本振源的工作性能与稳定性。通常，谐波混频器限于2次或4次谐波混频。而更高次数的谐波混频则会导致变频损耗较大，不适于系统应用。 雪崩渡越时间二极管在雪崩击穿过程中具有强烈的非线性电感特性，能够产生达到毫米波频段的高次谐波。其充足的高次谐波能量为实现毫米波频段的高次谐波混频提供了理论可能。 本课题基于雪崩器件的非线性特性，研究了雪崩二极管高次谐波的产生机理及其频率变换效应，构建了变频模式下的非线性电路模型。基于非线性电路模型，仿真优化并研制出了W波段雪崩二极管高次谐波混频器，性能优良。 本文首先通过研究雪崩击穿过程中载流子的倍增、传输特性，构建了变频模式下的雪崩管非线性模型，并在相关仿真平台下对其变频特性展开研究。然后，本文详细论述了高次谐波混频器电路的整体设计方案，对匹配、偏置、隔直、过渡电路等进行了仿真优化。最后，对混频器的整体电路进行仿真优化，并对所设计的电路进行实验研究。 仿真与实验结果证明，雪崩管高次谐波混频器能有效利用本振的14、15、16次谐波与W波段的毫米波信号混频。经实验测试，该混频器最佳变频损耗约为15dB，性能优良。