【摘要】：毫米波是整個(gè)電磁頻譜不可或缺的一段。毫米波以其頻帶寬、波長(zhǎng)短為特征,在通信、雷達(dá)、制導(dǎo)、遙感、射電天文等許多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。在毫米波頻段,研制輸出功率大、穩(wěn)定性高、噪聲性能好的基頻振蕩器已變得困難,而利用較低頻率的信號(hào)通過(guò)倍頻產(chǎn)生高次諧波則成為獲得毫米波源的重要途徑。本文介紹了毫米波倍頻器的發(fā)展動(dòng)態(tài)和相關(guān)基本理論,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于肖特基變?nèi)荻䴓O管的W波段單路三倍頻器、雙路三倍頻器和基于波導(dǎo)T形節(jié)的四路功率合成三倍頻器。倍頻器采用波導(dǎo)和微帶線(xiàn)混合集成的電路形式。為提升輸出功率,倍頻器采用變?nèi)莨軐?duì)形式的電路結(jié)構(gòu)。倍頻電路的研制采用“場(chǎng)”與“路”聯(lián)合仿真的方法,將電路的線(xiàn)性部分與非線(xiàn)性部分有機(jī)結(jié)合起來(lái)。首先通過(guò)曲線(xiàn)擬合得出變?nèi)莨芙Ｋ璧南嚓P(guān)參數(shù),并建立變?nèi)莨苣Ｐ?另一方面建立輸入輸出過(guò)渡、濾波器等無(wú)源結(jié)構(gòu)模型并仿真。然后將仿真數(shù)據(jù)與建立好的變?nèi)莨苣Ｐ凸餐M(jìn)行諧波平衡優(yōu)化仿真,得到最佳的倍頻電路匹配結(jié)構(gòu)。最后加工電路、裝配、實(shí)測(cè)。所研制的單路三倍頻器,在驅(qū)動(dòng)功率為100mW時(shí),在105GHz-110GHz頻帶內(nèi)輸出功率在5mW以上;在110GHz處輸出功率為9.03mW;最大輸出功率為108.9GHz處的10.25mW,相應(yīng)倍頻效率達(dá)10.3%。所研制的雙路三倍頻器,在驅(qū)動(dòng)功率為200mW時(shí),在101GHz-108GHz頻帶內(nèi)輸出功率在10mW以上,在110GHz處輸出功率為9.15mW;最大輸出功率為103.8GHz處的20.23m W,相應(yīng)的倍頻效率達(dá)10.1%。所研制的基于波導(dǎo)T形節(jié)的四路功率合成三倍頻器在102.3GHz、105.6GHz、106.5GHz、108.3GHz、110.1GHz和113.4GHz處功率合成效率在70%-80%之間,最大輸出功率為101.7GHz處的24.65mW。所研制的倍頻器作為驅(qū)動(dòng)源可以為毫米波通信系統(tǒng)提供實(shí)現(xiàn)方案,同時(shí)本課題的設(shè)計(jì)對(duì)太赫茲倍頻器的研究也有重要的借鑒意義。
[Abstract]:Millimeter wave is an indispensable part of the whole electromagnetic spectrum. Millimeter wave has important application value in many fields, such as communication, radar, guidance, remote sensing, radio astronomy and so on. In millimeter wave band, it is difficult to develop a fundamental frequency oscillator with high output power, high stability and good noise performance, and it is an important way to obtain millimeter wave source by using lower frequency signal to generate high order harmonics by doubling frequency. In this paper, the development trend and related basic theory of millimeter wave frequency multiplier are introduced, and a W band single channel triple frequency multiplier based on Schottky varactor diode is designed. Dual triple frequency multiplier and four-channel power synthetic triple frequency multiplier based on waveguide T-joint. The frequency multiplier adopts the hybrid circuit form of waveguide and microstrip line. In order to improve the output power, the frequency multiplier adopts the circuit structure in the form of varactor pair. The development of frequency doubling circuit adopts the method of joint simulation of "field" and "path", which combines the linear part and nonlinear part of the circuit organically. Firstly, the related parameters of varactor modeling are obtained by curve fitting, and the varactor model is established. On the other hand, the passive structure models such as input-output transition, filter and so on are established and simulated. Then the simulation data and the established varactor model are used to optimize the harmonic balance, and the optimal frequency doubling circuit matching structure is obtained. Finally, the processing circuit, assembly, measurement. When the driving power is 100mW, the output power of the single frequency multiplier is above 5mW in the 105GHz-110GHz band, the output power is 9.03MW at 110GHz, and the maximum output power is 10.25mW at 108.9GHz, and the corresponding frequency doubling efficiency is 10.3%. When the driving power is 200mW, the output power of the dual frequency multiplier is above 10mW in the 101GHz-108GHz band and 9.15mW at the 110GHz. The maximum output power is 20.23 MW at 103.8GHz, and the corresponding frequency doubling efficiency is 10.1%. The four-channel power synthetic tripler based on waveguide T-joint is 102.3 GHz, 105.6 GHz, 106.5 GHz, 108.3 GHz, 110.1 GHz and 113.4GHz, where the power synthesis efficiency is between 70% and 80%. The maximum output power is 24.65 MW at 101.7GHz. The frequency multiplier developed as the driving source can provide the implementation scheme for millimeter wave communication system. At the same time, the design of this subject also has important reference significance for the research of terahertz frequency multiplier.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TN771

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本文編號(hào)：2480641