小型化K波段下变频组件的设计
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2020-07-30
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小型化小型化K波段下变频组件的设计波段下变频组件的设计
本文设计了一个小型化K波段下变频组件，其中倍频器采用有源二倍频方案，滤波器采用平行耦合线结构，混频
器采用混合环单平衡混频结构。
0引言
下变频是把射频微波信号通过下混频变换至中低频来进行后端处理，是现代通信接收系统接收机中必不可少的部件，广泛应用
于微波毫米波通信、雷达、遥感以及侦察与电子对抗等现代电子系统中。至今各种射频微波系统中几乎都采用了集成电路下变
频器，主要是因为集成式下变频器体积小、性能稳定可靠、一致性好，可以适应各种特殊应用。
本文在K波段设计了一款集成下变频组件，分别完成了多个部件的仿真计算，最终集成仿真的结果较好的满足了设计要求。
1整体方案设计
本文设计的K波段下变频器的主要技术指标为：RF频率为19.5 GHz～21.5 GHz；IF频率为900 MHz～1 500MHz；3阶交调
≥30dBc；增益平坦度≤±1dB；P1≥5 dBm；变频增益≥10 dB。
同时，在达到上述技术指标的前提下，力求达到小型化的要求。
根据上述需实现的技术指标和功能，K波段下变频器由以下几个部分组成：镜像抑制滤波器、混频器、二倍频器、增益放大
器、本振滤波器、中频放大器，其总体实现框图和电平分配如图1所示。在总体方案中，本振信号先经过一个有源二倍频器变
频放大，然后经增益放大器和滤波器放大后，接入混频器的本振口；射频信号经镜频抑制滤波器后，接入混频器的射频口；两
路信号经混频器混频至中频输出，考虑到组件变频增益等要求，在中频输出端加入了一个中频放大器。
2分部件仿真
2.1倍频放大链
如图1所示，倍频放大链包括有源二倍频器、增益放大器、带通滤波器，为混频器提供稳定的本振输入功率。
二倍频管芯采用NEC公司的HEMT管NE-32400；介质基片采用Rogers公司的Duriod5880，介电常数εr=2.2，基片厚度
H=0.254 mm。根据管子的特性，在软件中对偏置电压进行扫描，得出最佳的偏置电压，从而确定管子的静态工作点：Vgs=-1
V，Vds=2 V。图2是在输入频率9.6 GHz、输入功率7 dBm时的输出频谱。该倍频器提高了二次谐波的输出功率，大大抑制了
基波和其他谐波的输出。
增益放大器采用UMS公司的EC2612，该pHEMT管的相关增益在18 GHz达到了12 dB。由于该器件在工作频带内不是绝对稳
定，设计了负反馈电路来保证管芯的绝对稳定。图3和图4分别是放大器的增益和驻波比仿真结果，放大器的增益在8.8 dB～9
dB，平坦度在±0.1 dB之间，驻波比小于1.5。
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