毫米波技術(shù)研究中,高性能變頻組件的設(shè)計(jì)研制一直是人們的研究重點(diǎn)之一。目前,毫米波變頻組件大多采用混合集成的電路形式進(jìn)行研制,具有電路結(jié)構(gòu)靈活,工藝流程簡(jiǎn)單,適合小批量生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)。本文根據(jù)課題指標(biāo)要求,結(jié)合毫米波變頻理論,完成了 W波段變頻組件的研究設(shè)計(jì)、加工裝配與測(cè)試分析等工作。首先,基于模塊化電路設(shè)計(jì)思想將整個(gè)變頻組件分為發(fā)射組件、接收組件、本振倍頻模塊以及無(wú)源波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)四個(gè)部分,各部分有源組件采用單獨(dú)的腔體設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了空間結(jié)構(gòu)上的電磁隔離,無(wú)源波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)則充當(dāng)各有源組件的安裝載體,并兼顧了系統(tǒng)散熱。結(jié)合相關(guān)變頻理論,并根據(jù)項(xiàng)目指標(biāo)要求,提出了系統(tǒng)整體架構(gòu)及分部件初步技術(shù)方案,其中,發(fā)射組件采用直接上變頻方案,接收組件采用超外差式方案,本振電路則利用倍頻的方式完成設(shè)計(jì)。然后,根據(jù)初步技術(shù)方案完成了無(wú)源波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)和有源組件的設(shè)計(jì)。其中,應(yīng)用HFSS對(duì)無(wú)源電路中所涉及的各功能性器件進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真,如波導(dǎo)濾波器、等比功分器、定向耦合器等。仿真結(jié)果表明,在f_RF±1GHz頻段范圍內(nèi),各器件插入損耗小于0.3dB,且反射系數(shù)小于-20dB;在完成各功能性器件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,將級(jí)聯(lián)后... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

變頻組件原理框圖

第二章變頻組件相關(guān)理論及方案設(shè)計(jì)7對(duì)W波段高性能的毫米波本振源提出了挑戰(zhàn)。方案設(shè)計(jì)時(shí)，主要從以下兩個(gè)方面考慮：一是變頻增益，在要求的中頻信號(hào)激勵(lì)功率下，要滿足輸出功率要求，整個(gè)鏈路需實(shí)現(xiàn)一定的變頻增益，無(wú)源器件的存在，同樣會(huì)帶來(lái)部分損耗，因此合理分配各級(jí)增益是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。通常的原則是，在保證系統(tǒng)不出現(xiàn)自激的情況下，信號(hào)增益盡可能在低頻段實(shí)現(xiàn)，一方面是由于低頻芯片的成本更低，另一方面，頻率越高，相同的性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)方式更加困難。需要注意的是，混頻器中頻端口信號(hào)功率不能過(guò)高，防止出現(xiàn)較大的交調(diào)失真現(xiàn)象，需根據(jù)所選用的混頻器三階交調(diào)截?cái)帱c(diǎn)功率來(lái)確定。二是信號(hào)雜散，發(fā)射組件技術(shù)指標(biāo)中對(duì)射頻端本振泄露和本振端射頻泄露都提出了相應(yīng)的要求，這兩項(xiàng)指標(biāo)主要取決于混頻器本振端口與射頻端口之間的隔離度，因此器件的選型十分重要；此外，混頻時(shí)產(chǎn)生的其它交調(diào)分量也需關(guān)注，通常的做法是在變頻后的信號(hào)鏈路上設(shè)計(jì)帶通濾波器，抑制雜散電平。綜上，可以得到發(fā)射組件的初步設(shè)計(jì)方案，其大致的原理框圖見(jiàn)圖2-2，在后面的章節(jié)中，將根據(jù)此方案進(jìn)行詳細(xì)的鏈路預(yù)算及器件選型。圖2-2初步技術(shù)方案圖2.3接收組件方案設(shè)計(jì)2.3.1接收組件技術(shù)指標(biāo)要求與發(fā)射組件相反，W波段接收組件的主要功能是將天線端接收到的射頻信號(hào)與本振信號(hào)混頻，下變頻至C波段。根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)分解，接收組件的主要技術(shù)指標(biāo)如下：1)中頻輸出信號(hào)頻率：6GHz~5；2)射頻輸入信號(hào)頻率：1GHz±0f；

第二章變頻組件相關(guān)理論及方案設(shè)計(jì)9小信號(hào)輸入端的無(wú)源損耗，且第一級(jí)放大器選用低噪聲高增益器件。二是鏈路增益，該增益通常指小信號(hào)線性增益，其影響著接收系統(tǒng)的線性動(dòng)態(tài)范圍。設(shè)計(jì)時(shí)，需結(jié)合芯片資料進(jìn)行合理的指標(biāo)分配，既要保證鏈路增益符合指標(biāo)要求，又要考慮輸出信號(hào)是否出現(xiàn)增益壓縮的現(xiàn)象，從而減小非線性失真。三是對(duì)干擾信號(hào)的抑制度，常見(jiàn)的干擾信號(hào)有鏡頻信號(hào)、交調(diào)失真等，通常考慮使用濾波器來(lái)削弱干擾信號(hào)幅度。圖2-3初步技術(shù)方案圖綜上，可以得到接收組件的初步設(shè)計(jì)方案如圖2-3所示。在后面的章節(jié)中，將根據(jù)此方案進(jìn)行詳細(xì)的鏈路預(yù)算及器件選型。2.4本振源方案設(shè)計(jì)2.4.1本振源技術(shù)指標(biāo)要求在變頻組件系統(tǒng)中，本振源主要為發(fā)射與接收組件中混頻器芯片提供本振信號(hào)用于上下變頻，由于采用的混頻方式為基波混頻，故本振信號(hào)頻段范圍包含88.2GHz~86.2，通常商用信號(hào)發(fā)生器無(wú)法達(dá)到該頻譜范圍，因此需設(shè)計(jì)毫米波倍頻電路擴(kuò)展其工作頻段。根據(jù)課題要求，對(duì)本振源提出如下技術(shù)指標(biāo)：1)輸入信號(hào)頻率：7.35GHz~7.18；2)輸出信號(hào)頻率：88.2GHz~86.2；3)輸入信號(hào)功率：12dB≤m；4)輸出信號(hào)功率：3dBm≥；5)輸出信號(hào)功分比：1:4等功分；6)倍頻系數(shù)：12；7)諧波抑制：25dB≥c；

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