毫米波谐波混频器是一种在毫米波频段工作的关键部件，广泛应用于毫米波通信、雷达、电子对抗和测量等系统中。毫米波频段的频率极高，虽然市场上存在性能优越的混频器件，但同时具有高性能的本振源实现困难且成本高。因此，谐波混频器的出现，通过利用混频器件的非线性特性，将本振产生的高次谐波分量与外来信号进行混频，以获得差频输出，是解决这一问题的有效方案。它不仅能够产生偶次或奇次的谐波，而且在变频损耗、成本和性能方面具有显著优势。
本文介绍的Ka波段微带5次谐波混频器，采用的主要构成组件包括端口匹配电路、中频低通滤波器和肖特基势垒二极管。基于计算机仿真和优化，所设计的混频器在Ka波段的变频损耗低于14dB。通过端口匹配电路实现了对不同频率信号的隔离，保障了输入信号能最大程度地参与混频过程，同时抑制其他频率信号的泄漏。中频低通滤波器则用于提取所需的中频信号，滤除不需要的其他频率信号。
文章中提到的谐波混频器的设计和优化，关键在于利用计算机辅助设计（CAD）软件进行仿真，并对混频器进行谐波平衡法优化。谐波混频器的基本原理是基于非线性电阻混频，其中二极管的非线性特性产生不同谐波分量，与射频信号进行混频。非线性混频过程中产生的组合频率分量可以通过适当的滤波器选出所需的中频分量。此外，混频电流中包含的频率分量与输入信号振幅成比例，表现出混频器输出端与输入端分量振幅之间的线性关系。
对于5次谐波混频器的具体优化设计，本文提出了一种基于微带集成结构的谐波混频器设计方法。该设计要求射频信号为30GHz，本振信号为5.9GHz，输出中频为500MHz。混频器由射频带通滤波器、本振带通滤波器、中频低通滤波器以及匹配支节组成。设计的关键在于对三个频率进行匹配，提高肖特基势垒二极管的变频效率。此外，利用1/4射频信号波长的微带线和开路线抑制射频信号在本振端口的泄漏，从而降低变频损耗。
文中还涉及到了对混频器性能的评估，例如变频损耗的计算。变频损耗是衡量混频器性能的一个重要指标，它代表了混频过程中信号能量的损失。变频损耗不仅与混频器的设计有关，还与所使用的器件性能有关。
值得注意的是，本文的作者谭炽州、唐小宏和何宗锐分别来自电子科技大学电子工程学院，他们都为谐波混频器的研究和优化设计做出了贡献。在毫米波通信技术的不断发展中，微带5次谐波混频器的设计和应用将越发重要。通过不断优化设计，可以进一步提高毫米波混频器的性能，降低成本，满足更多应用场景的需求。
