采用CMRC结构的Ka波段—四次谐波混频器设计

采用CMRC结构的Ka波段四次谐波混频器设计 本文介绍了采用CMRC结构的Ka波段四次谐波混频器设计。Ka波段频率范围在26.5GHz到40GHz，属于毫米波频段。毫米波通信、测量、雷达、电子对抗等系统中不可缺少的关键部件是毫米波混频器。然而，当系统使用频率进入毫米波频段后，对应的基波混频器的本振源制作难度较大，成本较高。 从降低成本、利用现有成熟技术的角度考虑，采用谐波混频可以降低本振的工作频率，而且可得到相当于基波平衡混频器的噪声性能，在毫米波频段被广泛应用。谐波混频主要是利用二极管的非线性得到本振的n(2，4，6……)次谐波和射频混频，再由匹配电路，滤波电路选出所需中频。 CMRC结构的Ka波段四次谐波混频器设计中，谐波混频器原理是利用二极管的非线性得到本振的n(2，4，6……)次谐波和射频混频。通常采用反向并联二极管对，使输出电路中，射频只与本振的偶次谐波混频，谐波成分比单管混频减少一半，而幅度却比单管大一倍。奇次本振只在管对内部，输出电路中没有本振的奇次谐波，这样既简化了电路，减少了噪声，同时大大降低了变频损耗。 为了降低成本、利用现有成熟技术，设计了CMRC结构的Ka波段四次谐波混频器。CMRC结构的低通滤波器是现代通信系统中的关键部分，传统微带低通滤波器采用高低阻抗线或开路线结构，受传输线最高阻抗的限制，它们阻带窄，寄生通带影响大。针对这些缺点，现代微带低通滤波器着重研究光子带隙(PBG)或缺陷地(DGS)两种结构，通过这些结构具有的等效电容和等效电感，实现了非常高的阻抗，从而大大提高了滤波器的性能，同时还具有宽带阻和慢波特性。 电路设计中，采用RT/duroid 5880 高频基片，基片厚0.254mm，介电常数2.2。二极管选用DMK2308是砷化镓肖特基反向并联二极管管对。射频中心频率freq_RF=37.5GHz，射频功率P_RF=-10dBm;本振中心频率freq_LO=9.6GHz，本振功率P_LO=10dBm。 波导-微带过渡设计中，采用双面鮨线过渡结构，渐变方式采用余弦平方结构。三维电磁场仿真软件HFSS仿真结果表明，鳍线过渡段插入损耗小于0.15dB，回波损耗在20dB左右，使射频信号由波导几乎无损耗的过渡到微带部分。 中频低通滤波器设计中，主要阻止本振(9.6GHz)、射频(37.5GHz)、本振奇次谐波(3LO=28.8GHz、5LO=48GHz)、射频与偶次本振的谐波(RF-2LO=18.3GHz)。为了更好的实现上面的要求，这里选用了两个CMRC级联的形式。级联后HFSS仿真结果表明，中频输出端的信号获得了非常好的滤波结果。