8mm频段变频发射组件

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摘 要：在无线通信系统中，将通信频率提升到毫米波对于增加信道的容量，提高通信的抗干扰性具有很重要的意义。变频发射组件性能的好坏起着至关重要的作用，发射功率的大小决定了通信的距离。利用四倍频器降低了毫米波变频组件对本振频率的要求，利用微带带通滤波器抑制了系统的杂散和谐波，利用空间功率合成技术达到了足够的发射功率，实现了性能稳定可靠的、满足中功率毫米波通信需求的8mm频段发射组件。

关键词：8mm 四倍频器 带通滤波器 功率合成

中图分类号：TN74 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）008-033-02

1 引言

随着无线通信技术的发展，低频段的频谱已经越来越拥挤。对高质量大容量无线通信设备的需求，使得通信的频率在不断地提高，推动了毫米波通信的产生。毫米波通信具有信道容量大、通信设备体积小、重量轻、天线波束窄、方向性好等优点，因而在雷达、遥测电子对抗和通信设备的应用中备受关注。8mm频段成为了毫米波通信领域一个竞争的热点，未来会逐渐得到广泛的应用，各国都在广泛开展这一频段的研究工作。实现该频段的高性能收发信机是实现该频段通信的首要问题。

2 系统组成

8mm频段变频发射组件主要是由本振放大器、四倍频器、本振带通滤波器、本振末级放大设计、混频器、射频带通滤波器、推动放大器、功分器、功率放大器和功率合成器组成，如图1所示。

3 设计实现

3.1 倍频推动放大电路设计

本振输入级放大选用单片放大电路，该放大单片技术指标如下：G=17dB，P1dB=12dBm。为保证输入信号有较好的驻波比，使其工作于较稳定的工作状态，放大输入端增加一个%i型3dB衰减网络，同时，剩余的14dB 增益使放大单片工作于饱和状态，能保证全温工作时，放大单片有13dBm的输出信号，满足后级4倍频电路稳定的输入激励信号要求。

3.2 四倍频电路设计

四倍频电路工作时，通过调节FET管栅压，让管子偏置处于夹断区或正向导通区，使信号只有正半周期导通，达到信号波形不对称，并产生扭曲，产生丰富的谐波分量，最终实现倍频。四倍频电路实测插入损耗小于10dB。

3.3 滤波的设计

本振带通滤波器（36.25 GHz～38.25GHz）设计采用耦合线的结构形式，它主要选择本振信号，抑制其它谐波信号，滤波器实测损耗小于3dB，2次、3次、5次谐波抑制大于40dB。

射频带通滤波器（38 GHz～40GHz）设计采用开短路线的结构形式，它主要选择射频信号，抑制混频下边带信号及本振泄漏信号，滤波器实测损耗小于3dB，下边带信号抑制大于40dB，本振信号抑制大于15dB。

3.4 本振末级放大设计

本振输入级放大选用单片放大器CHA2391，该单片放大器技术指标如下：G=17dB，P1dB=12dBm，PSAT=14dBm。放大器的17dB 增益使放大单片工作于饱和状态，能保证全温工作时，放大器有14 dBm的输出信号，满足混频器本振信号12dBm的激励信号要求。

3.5 混频器设计

混频器采用肖特基势垒二极管混频器，根据肖特基势垒二极管参数设计匹配电路，电路形式采用衡式混频器结构原型，如图2。主要考虑混频器的变频损耗IL、端口隔离，尤其是RF/LO隔离，高RF/LO隔离度可以很好的解决因本振与射频频段交叠本振泄漏较大的问题。最终实现技术指标如下：本振所需功率PLO大于12dBm，插入损耗IL小于11dB，端口隔离大于40dB，中频范围10MHz～4GHz。

3.6 射频推动放大设计

射频推动放大共有两级放大器：第一级为小信号放大，G=18dB，P1dB=10dBm，用以补偿混频及滤波损耗；第二级为中功率放大，G=19dB，P1dB=22dBm，PSAT=23dBm。

3.7 功分器设计

功分器采用威尔金森两路0度功分电路。最终实现指标，插入损耗小于4dB，路间隔离度大于10dB。

3.8 功率放大合成设计

功率合成采用微带双探针空间功率合成技术。功率放大器单路技术指标如下：G=12dB，P1dB=30dBm，PSAT=31dBm。三维电磁场仿真结构及结果如图3所示，合成效率高于80%。

4 测试结果

最后试制样品2只。在固定中频的情况下，对变频发射组件的线性增益和三阶交调-17dBc时输出功率进行了测试，测试指标表1。

5 结束语

8mm变频发射组件利用四倍频器减低了对本振信号的频率要求，利用空间功率合成技术保证了最后输出功率在1W左右，利用电磁场仿真工具设计了性能优异的微带带通滤波器，最终实现了8mm频段发射组件。经试验测试，组件性能稳定可靠，可以满足中功率毫米波通信系统的需求。

参考文献：

[1] 清华大学《微带电路》编写组.微带电路[M].北京：人民邮电出版社，1976.

[2] 薛良金.毫米波工程基础 [M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.