利用反向并聯(lián)二極管對(duì)的二倍頻原理，設(shè)計(jì)了Ka波段二倍頻器。用高級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)ADS設(shè)計(jì)軟件包的射頻設(shè)計(jì)軟件對(duì)二倍頻器的電路進(jìn)行了模型設(shè)計(jì)和仿真分析，并對(duì)設(shè)計(jì)出的二倍頻器進(jìn)行了整體優(yōu)化，研制了Ka波段的二倍頻器；在整個(gè)Ka波段內(nèi)的變頻損耗為11.2±1.8 dB，減少了設(shè)計(jì)的理想模型與實(shí)際參數(shù)的偏差。
關(guān) 鍵 詞 Ka波段; 倍頻器; 平衡電路; 肖特基勢(shì)壘二極管; 寬帶

在高精度微波信號(hào)源基礎(chǔ)上，利用寬帶倍頻技術(shù)獲得毫米波信號(hào)輸出是一項(xiàng)非常有意義的工作。根據(jù)反向平衡式倍頻電路的工作原理可知，二極管對(duì)混合連接可以構(gòu)成全波整流電路，實(shí)現(xiàn)偶次倍頻[1]。在整個(gè)Ka波段設(shè)計(jì)倍頻器，若采用以往的手工調(diào)試、試驗(yàn)分析、再調(diào)試的硬件重復(fù)過(guò)程，其工作量很大。而且，由于微波電路尺寸較小，以往設(shè)計(jì)時(shí)忽略了殼體的影響，建立的模型與實(shí)際情況存在偏差，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)充分考慮了各種因素對(duì)微帶電路的影響，建立了盡可能接近實(shí)際情況的模型，極大地減少了工作時(shí)間，提高了工作效率。
1 倍頻原理
為了獲得足夠的輸出功率和較大的動(dòng)態(tài)范圍，本文采用多器件反向平衡式倍頻電路，其工作原理如圖1所示。圖中，輸入信號(hào)通過(guò)低通濾波器加到反極性安裝的二極管，通過(guò)平衡電路取出輸出信號(hào)。輸出電流是二極管i1和i2 之和的一半[ 2 ]。

2 二極管的非線性模型
肖特基勢(shì)壘二極管的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)只有一種電子，所以反向恢復(fù)時(shí)間短、響應(yīng)速度快、閃爍噪聲小、制造工藝簡(jiǎn)單，能在非常高的頻率下表現(xiàn)出良好的非線性變?nèi)莼蜃冏杼匦?。本文采用DMK2606GaAs肖特基勢(shì)壘二極管，其主要SPICE參數(shù)有反向飽和電流、歐姆電阻、反射系數(shù)、零偏結(jié)電容、禁帶寬度、結(jié)電勢(shì)等?？紤]了二極管的引線電感和封裝電容，建立二極管反向并聯(lián)對(duì)的原理圖。運(yùn)用諧波平衡法分析電路從13～20 GHz仿真肖特基勢(shì)壘二極管并聯(lián)對(duì)特性，在Smith圓圖上可以看到中心頻率fM1=16.5 GHz時(shí)的導(dǎo)納值Ys，阻抗值Zs，如圖2所示。輸入和輸出的匹配設(shè)計(jì)基于二極管并聯(lián)對(duì)的等效電路參數(shù)。
3 倍頻器的電路結(jié)構(gòu)及所采用的拓?fù)?br /> 圖3為倍頻器電路圖，輸入信號(hào)通過(guò)懸置微帶低通濾波器和懸置共面波導(dǎo)匹配網(wǎng)絡(luò)耦合到兩個(gè)匹配的二極管對(duì)上，二極管對(duì)使輸入信號(hào)失真, 失真信號(hào)為輸入信號(hào)諧波[3]，由于倍頻電路采用平衡式結(jié)構(gòu)，輸出回路只有偶次諧波分量，由鰭線匹配網(wǎng)絡(luò)和8 mm波導(dǎo)濾出所需要的2次諧波從而實(shí)現(xiàn)倍頻。

4 倍頻器的仿真和優(yōu)化
利用Harmonic Blance算法對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行仿真和優(yōu)化，并采用RT/duroid5880基片成功地研制了Ka波段寬帶倍頻器，并對(duì)其性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，在輸入功率為13 dBm時(shí)，結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出，當(dāng)輸入功率為13 dBm時(shí)，輸出功率大于0 dBm，變頻損耗小于13 dB，具有寬頻帶、低損耗的特點(diǎn)。

5 結(jié) 束 語(yǔ)
由Ka波段二倍頻器的設(shè)計(jì)流程可以看出，采用HP－Eesof軟件并結(jié)合適當(dāng)?shù)碾娐纺Ｐ?，能夠在很短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出性能良好的倍頻器，而且在仿真過(guò)程中可對(duì)電路特性作全面的了解，對(duì)電路調(diào)試也有很大的幫助。