26～40GHz磁調(diào)帶通濾波混頻組件研究

1、2640ghz磁調(diào)帶通濾波混頻組件研究近年來，隨著微波毫米波技術(shù)的飛快進(jìn)展，對寬帶微波毫米波測試儀器的提出了更高的要求，、噪聲系數(shù)分析儀等接收機(jī)類儀器的工作頻率已經(jīng)拓展到40ghz，本文介紹了一種可以作為前端預(yù)選器用于寬帶接收機(jī)的非yig（yttrium-iron-garnet）鐵氧體磁調(diào)帶通濾波混頻組件。傳統(tǒng)測量接收機(jī)中，將磁調(diào)、混頻器分開單獨(dú)設(shè)計(jì)，成為兩個自立的微波部件。磁調(diào)濾波器與混頻器之間通過電纜或適配器銜接，濾波器的失配（典型狀況下駐波比為2.5）同混頻器的失配（典型狀況下電壓駐波比為3）的互相作用，能引起頻率響應(yīng)變壞約?2.5db，甚至更差。為了將這種互相作用減至最小，傳統(tǒng)的做法是

2、將一個6db匹配衰減器接在濾波器與混頻器之間，明顯這是以犧牲整機(jī)智敏度為代價(jià)的。利用微波混合集成技術(shù)將磁調(diào)濾波器和睦波混頻器集成為一個組件，使得濾波器與混頻器之間的電長度遠(yuǎn)小于波長，在不犧牲整機(jī)智敏度的基礎(chǔ)上減小失配造成的頻響惡化；同時(shí)巧妙地利用鐵氧體磁調(diào)濾波器的雙耦合環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)巴倫，采納雙平衡諧波混頻可以有效地抑制不需要的混頻產(chǎn)物，并拓展工作帶寬，提高動態(tài)范圍。2、濾波器耦合諧振腔的設(shè)計(jì)為了設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)工作頻率為2640ghz的濾波混頻組件，首先必需保證磁調(diào)濾波器耦合諧振腔的自諧振頻率遠(yuǎn)高于工作頻率的上限。在設(shè)計(jì)允許的條件下，盡量減小耦合諧振腔和鐵氧體諧振子的物理尺寸是提高耦合諧振腔自諧振頻率的

3、最挺直的辦法。但是，假如過分地減小耦合諧振腔的尺寸，不僅給設(shè)計(jì)和加工帶來十分大的難度，而且會由于耦合環(huán)距離腔體壁過近，激發(fā)高次模，帶來寄生響應(yīng)。下面將介紹一種利用ansoft公司hfss（high frequency structure simulator）高頻仿真軟件對耦合諧振腔舉行仿真計(jì)算，確定其自諧振頻率的辦法。首先按照設(shè)計(jì)閱歷，在hfss軟件中繪制濾波器耦合諧振腔的模型，1所示。仿真模型中并沒有放入鐵氧體諧振子的模型，這是由于加入該模型后仿真計(jì)算量會十分大，普通的計(jì)算機(jī)根本無法舉行下去。因此仿真結(jié)果與實(shí)際的測試會存在一定的偏差，如何修正這個偏差是設(shè)計(jì)時(shí)需要著重考慮的問題。經(jīng)過多次仿真計(jì)

4、算和加工實(shí)驗(yàn)測試，對照仿真結(jié)果和實(shí)測曲線，總結(jié)了這樣一個閱歷：軟件仿真耦合諧振腔的物理尺寸乘以一個0.80.9左右的系數(shù)后，再舉行加工裝配測試，測試結(jié)果與仿真結(jié)果基本全都。圖1 耦合諧振腔的模型圖2 耦合諧振腔仿真曲線圖3 濾波混頻組件失諧隔離測試曲線圖2是耦合諧振腔的仿真曲線，圖3是仿真尺寸乘以0.88的系數(shù)后設(shè)計(jì)加工的濾波混頻組件失諧隔離的實(shí)測曲線，兩個曲線基本全都；實(shí)測曲線由于集成了混頻器，其幅度偏低20db左右。3、磁調(diào)帶通濾波混頻組件的設(shè)計(jì)圖4是雙平衡混頻器的原理圖，其中本振信號的作用相當(dāng)于開關(guān)，它交替地在正、負(fù)半周內(nèi)使信號經(jīng)過不同的兩個與輸出電路連通，相當(dāng)于兩個單平衡混頻器交替工作

5、。圖4 雙平衡混頻器原理圖雙平衡混頻器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于4只混頻二極管的特性全都，而且兩邊的不平衡平衡變換器也相當(dāng)平衡，這樣就可以使二極管電橋的輸入輸出端徹低隔離，射頻端口和本振端口就徹低隔離了。事實(shí)上因?yàn)槎O管的寄生參量及不平衡平衡變換器不行能作到抱負(fù)的平衡、對稱，所以混頻器各個端口之間的隔離度必為有限值。本文磁調(diào)帶通濾波混頻組件的設(shè)計(jì)中采納集成的二極管管堆來保證二極管電橋的平衡性，因此設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)是寬帶射頻不平衡平衡變換器的設(shè)計(jì)。一個好玩的現(xiàn)象是，從鐵氧體諧振子兩邊分離耦合出來的信號相位相差180度，這樣就可以利用鐵氧體諧振子來構(gòu)成寬帶射頻不平衡平衡變換器，詳細(xì)設(shè)計(jì)電路5所示。由于集成了磁

6、調(diào)帶通濾波器，本振到射頻的端口隔離可以增強(qiáng)70db以上。圖5 磁調(diào)帶通濾波混頻組件圖6 磁調(diào)帶通濾波混頻組件剖面圖磁調(diào)帶通濾波混頻組件整體暗示圖6所示，磁路設(shè)計(jì)上盡量減小磁極間隙，并采納高飽和磁化強(qiáng)度的鐵磁合金，實(shí)現(xiàn)了線性調(diào)諧至40ghz。諧振子的挑選上采納laf（lithium-aluminum-ferrite）小球替代傳統(tǒng)的yig小球，將濾波器通帶帶寬由幾十兆赫茲提高到150兆赫茲以上。4、測試結(jié)果磁調(diào)帶通濾波混頻組件不同頻率點(diǎn)的通帶響應(yīng)曲線7所示，26ghz處通帶帶寬約為160mhz，40ghz處通帶帶寬達(dá)到了300mhz以上。圖7 不同頻率點(diǎn)的通帶曲線圖8 變頻損耗測試曲線圖8是濾波混頻組件的變頻損耗響應(yīng)曲線，囫圇工作頻帶內(nèi)沒有過大的起伏，頻率高端變頻損耗變大是因?yàn)楸菊癜蛡惛叨诵阅軔夯鸬?。濾波混頻組件的失諧隔離測試曲線參見圖3，達(dá)到60db以上。5、結(jié)論本文介紹了一種利用hfss仿真軟件對磁調(diào)帶通濾波器耦合諧振腔舉行仿真計(jì)算的辦法，采納此辦法可以削減