110 GHz倍频放大链关键技术研究

作     者：龙明星 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张勇

授予年度：2020年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：毫米波 倍频器 分部设计 肖特基二极管 建模 

摘      要：近年来,毫米波技术已广泛应用于雷达与制导系统、电子对抗、宽带通信、射电天文、毫米波成像等领域。本文以倍频器在毫米波成像系统中的应用为导向,对110 GHz倍频放大链路进行研究,为系统应用提供本振源,与混频器共同构成成像系统收发前端的核心组件。完成主要课题之余,作为毫米波倍频器的后续研究,本文还对220 GHz非平衡三倍频器进行研究。本文主要研究内容如下:1.110 GHz倍频放大链路研究。主要包括研究设计Ka波段三倍频放大驱动模块、基于国产肖特基二极管和法国UMS公司DBES105a设计的110 GHz三倍频器。研究Ka波段三倍频放大驱动模块,首先根据调研的国内外商用MMIC现状制定倍频方案,然后按照方案设计相应的射频电路和直流电路,最后进行加工、装配和测试。经过改版的模块工作稳定,散热良好,输出功率在20-23 dBm之间,平坦度±1.5 dB。采用分部设计方法研究110 GHz三倍频器,首先基于“三维电磁模型+SPICE模型的建模方法完成二极管工作模型的建立,其次在三维电磁仿真软件中完成各个无源电路的仿真,最后在ADS中利用谐波平衡仿真完成倍频器整体电路的优化。测试结果显示:基于国产肖特基二极管的110 GHz三倍频器输出频率在90-120GHz范围内,最小变频损耗16.5 dB,最大输出功率4.5 dBm;基于DBES105a的110 GHz三倍频器在输入21 dBm驱动功率下,输出频率在99-120 GHz范围内,输出功率均大于5 dBm,倍频效率在2.7%-6%之间,在110 GHz处获得最大输出功率8.1 dBm,最小倍频损耗12.9 dB。110 GHz倍频放大链路级联结果显示,输入功率8.5-10.5 dBm,在100-120 GHz范围内实际输出功率大于5 dBm（除120 GHz频点外）,可以驱动混频器正常工作,满足了混频器对本振源的要求。2.作为课题的扩展研究,采用非平衡式结构设计了220 GHz三倍频器。测试结果表明,输入功率100 mW时,在200-240 GHz输出频率范围内,输出功率均大于1 mW,倍频效率在1.07%-2.46%之间,在229 GHz频点处获得最大输出功率2.46 mW,最小倍频损耗为16 dB。