Ka波段二倍頻器的研究與設計

利用反向并聯二極管對的二倍頻原理，設計了Ka波段二倍頻器。用高級設計系統ADS設計軟件包的射頻設計軟件對二倍頻器的電路進行了模型設計和仿真分析，并對設計出的二倍頻器進行了整體優(yōu)化，研制了Ka波段的二倍頻器；在整個Ka波段內的變頻損耗為11.2±1.8 dB，減少了設計的理想模型與實際參數的偏差。
關 鍵 詞 Ka波段; 倍頻器; 平衡電路; 肖特基勢壘二極管; 寬帶

在高精度微波信號源基礎上，利用寬帶倍頻技術獲得毫米波信號輸出是一項非常有意義的工作。根據反向平衡式倍頻電路的工作原理可知，二極管對混合連接可以構成全波整流電路，實現偶次倍頻[1]。在整個Ka波段設計倍頻器，若采用以往的手工調試、試驗分析、再調試的硬件重復過程，其工作量很大。而且，由于微波電路尺寸較小，以往設計時忽略了殼體的影響，建立的模型與實際情況存在偏差，計算機輔助設計充分考慮了各種因素對微帶電路的影響，建立了盡可能接近實際情況的模型，極大地減少了工作時間，提高了工作效率。
1 倍頻原理
為了獲得足夠的輸出功率和較大的動態(tài)范圍，本文采用多器件反向平衡式倍頻電路，其工作原理如圖1所示。圖中，輸入信號通過低通濾波器加到反極性安裝的二極管，通過平衡電路取出輸出信號。輸出電流是二極管i1和i2 之和的一半[ 2 ]。

2 二極管的非線性模型
肖特基勢壘二極管的導電機構只有一種電子，所以反向恢復時間短、響應速度快、閃爍噪聲小、制造工藝簡單，能在非常高的頻率下表現出良好的非線性變容或變阻特性。本文采用DMK2606GaAs肖特基勢壘二極管，其主要SPICE參數有反向飽和電流、歐姆電阻、反射系數、零偏結電容、禁帶寬度、結電勢等?？紤]了二極管的引線電感和封裝電容，建立二極管反向并聯對的原理圖。運用諧波平衡法分析電路從13～20 GHz仿真肖特基勢壘二極管并聯對特性，在Smith圓圖上可以看到中心頻率fM1=16.5 GHz時的導納值Ys，阻抗值Zs，如圖2所示。輸入和輸出的匹配設計基于二極管并聯對的等效電路參數。
3 倍頻器的電路結構及所采用的拓撲
圖3為倍頻器電路圖，輸入信號通過懸置微帶低通濾波器和懸置共面波導匹配網絡耦合到兩個匹配的二極管對上，二極管對使輸入信號失真, 失真信號為輸入信號諧波[3]，由于倍頻電路采用平衡式結構，輸出回路只有偶次諧波分量，由鰭線匹配網絡和8 mm波導濾出所需要的2次諧波從而實現倍頻。

4 倍頻器的仿真和優(yōu)化
利用Harmonic Blance算法對整個電路進行仿真和優(yōu)化，并采用RT/duroid5880基片成功地研制了Ka波段寬帶倍頻器，并對其性能指標進行測試，在輸入功率為13 dBm時，結果如圖4所示。由圖4可以看出，當輸入功率為13 dBm時，輸出功率大于0 dBm，變頻損耗小于13 dB，具有寬頻帶、低損耗的特點。

5 結 束 語
由Ka波段二倍頻器的設計流程可以看出，采用HP－Eesof軟件并結合適當的電路模型，能夠在很短的時間內設計出性能良好的倍頻器，而且在仿真過程中可對電路特性作全面的了解，對電路調試也有很大的幫助。