采用CMRC結(jié)構(gòu)的Ka波段四次諧波混頻器設(shè)計

圖3 CMRC濾波器等效電路

這里電感L1、L2、L3代表橫向細(xì)微帶，L4、L5代表縱向細(xì)微帶。電容C1、C2表示微帶線之間的耦合電容，C3、C4、C5表示微帶與地之間的電容。

4 電路設(shè)計及仿真

本設(shè)計采用RT/duroid 5880 高頻基片，基片厚0.254mm，介電常數(shù)2.2。它采用增強(qiáng)型聚四氟乙烯材料，具有低損耗、低吸濕、同向性、頻率一致性以及良好的抗腐蝕性，廣泛應(yīng)用于毫米波電路設(shè)計。二極管選用DMK2308是砷化鎵肖特基反向并聯(lián)二極管管對，它主要應(yīng)用于20～100GHz，具有低結(jié)電容和低串聯(lián)電阻。

射頻中心頻率freq_RF=37.5GHz，射頻功率P_RF=-10dBm；本振中心頻率freq_LO=9.6GHz，本振功率P_LO=10dBm。

4.1 波導(dǎo)－微帶過渡設(shè)計

目前常用的波導(dǎo)－微帶過渡結(jié)構(gòu)有：階梯脊波導(dǎo)過渡、鰭線過渡、耦合探針過渡等。它們帶寬都較寬（10%～20%帶寬內(nèi)回波損耗在15dB以下），插入損耗小。階梯脊波導(dǎo)過渡加工復(fù)雜；耦合探針過渡波導(dǎo)出口方向與電路平行，不滿足很多系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要求；鰭線過渡可視為準(zhǔn)平面結(jié)構(gòu)，直接印刷在基片上，簡單方便。本文就是采用雙面鮨線過渡結(jié)構(gòu)，如圖4：

圖4 波導(dǎo)～微帶鮨線過渡

漸變方式采用余弦平方結(jié)構(gòu)：

這里W(z)是漸變線寬，b是波導(dǎo)窄邊寬度(3.556mm)，w是50歐微帶線寬度(0.76mm)，L是漸變段總長(13mm）。圖中右下方的120度金屬弧塊是為了降低諧振頻率，確保其落在有用通帶之外。上下兩邊的通孔條帶是為了阻斷縱向電流，減小通帶損耗。三維電磁場仿真軟件HFSS仿真結(jié)果如圖5：

圓弧塊使鰭線過渡的諧振點(diǎn)落在30GHz以下，確保其偏離有用頻段34GHz～40GHz。在30GHz～40GHz帶寬內(nèi)，鰭線過渡段插入損耗小于0.15dB，回波損耗在20dB左右，使射頻信號由波導(dǎo)幾乎無損耗的過渡到微帶部分。

圖5 波導(dǎo)－微帶過渡

4.2 中頻低通濾波器設(shè)計

對于中頻輸出端，應(yīng)該通中頻IF（＝4*LO-RF＝900MHz）。主要阻止本振（9.6GHz）、射頻（37.5GHz）、本振奇次諧波（3LO＝28.8GHz、5LO＝48GHz）、射頻與偶次本振的諧波（RF-2LO＝18.3GHz）。

為了更好的實(shí)現(xiàn)上面的要求，這里選用了兩個CMRC級聯(lián)的形式，如圖6

圖6 兩級CMRC中頻端濾波器

第一級中間窄帶長度選7.6mm，它在9.6GHz處有20dB的抑制。第二級中間窄帶長度選2.6mm，它對15GHz～100GHz的頻率都有比較好的抑制。級聯(lián)后HFSS仿真結(jié)果如圖7

圖7 中頻端濾波器仿真結(jié)果

級聯(lián)后過渡帶更加陡峭，對要求阻斷的頻點(diǎn)有了更好的抑制。與傳統(tǒng)高低阻抗濾波器相比，尺寸減小了15mm，對28.8GHz、37.5GHz更多抑制了20dB左右。而且高低阻抗線設(shè)計的濾波器在0～50GHz范圍內(nèi)約有3、4個寄生通帶，影響了整個系統(tǒng)的帶寬，而本設(shè)計完全消除了這些寄生通帶。