第五章微波倍频器

摘要摘要W波段是目前军用毫米波技术开发的高端，频率源是W波段高频系统实现的重要部分。

倍频器是实现毫米波频率源的一种重要方式,随着倍频器的发展和应用，倍频器方面的研究也不断地深入，如今倍频技术已经发展到一个新的阶段。

本文对W波段三倍频器进行了设计、仿真。

采用两个二极管反向并联的结构实现三次倍频的方案，这种平衡倍频电路结构能够将输入频率的偶次谐波抵消掉，从而大大降低电路中的杂波量。

本文运用ADS软件建立二极管对模型并且进行匹配电路的设计，运用HFSS软件对W波段三倍频器的滤波电路和过渡转换电路进行了仿真设计，然后把S参数仿真结果导入到ADS软件中,采用谐波平衡法对W 波段三倍频器的整体电路进行仿真和优化以获得最大倍频效率。

经仿真，W频段宽带三倍频器基本达到设计要求。

变频损耗在15dB以下，谐波抑制度基本20dBc以上。

关键词：毫米波、倍频器、低通滤波器、W频段三倍频IABSTRACTABSTRACTMultiplier is one important way to realize the millimeter-wave frequency source. Following the application and development of multiplier device and circuit, the research of multiplier theory is increasing. Today frequency multiplying technology has reached a new level.Firstly W-band frequency tripler has been designed, and simulation. Diodes which constitutes anti-parallel pairs structure was used to realize the frequency tripler. Balanced Frequency tripler can suppress the even-order harmonics so effectively that the amount of clutter has been greatly reduced. In this paper, The model of diode pairs was modeled and impedance matching networks was designed in Agilent ADS. Filter circuit and transition circuit of W-band frequency tripler have been simulation designed in the HFSS, and then import simulated S-parameters into ADS software. Finally, harmonic balance analysis was used to optimize the entire circuit for maximum multiplication efficiency.By the simulation, the W band tripler almost reaches the requirement of the project. the microstrip multiplier performance is better in entire W-band with multiplier loss 15dB and harmonic suppress above 20dBc.Key word: millimeter wave, multiplier, lowpass filter, W-band tripler.II目录目录第一章引言 (1)1.1毫米波的特点及应用 (1)1.2毫米波倍频器介绍 (2)1.3毫米波倍频器的国内外发展动态 (3)1.4课题介绍 (4)第二章倍频电路的基本理论 (5)2.1倍频原理 (5)2.2非线性电路的分析 (6)2.3平衡倍频器电路设计原理[11] (8)第三章毫米波三倍频器的设计 (10)3.1概述 (10)3.2关键技术和难点 (10)3.3倍频器的研制方案和设计框图 (11)3.4二极管的选择及参数介绍 (12)3.5波导-微带过渡 (13)3.5.1 理论基础 (13)3.5.2 输入波导到微带线探针过渡的设计仿真 (14)3.5.3 输出微带到波导线探针过渡的设计仿真 (16)3.6低通滤波器的设计 (18)3.7总体电路的仿真 (20)3.7.1 第一种电路形式的仿真 (20)3.7.1.1二极管对的输入阻抗及匹配电路 (20)3.7.1.2 加入无源电路进行总体仿真 (22)3.7.2第二种电路形式的设计及仿真 (26)3.7.2.1 二对二极管对的输入阻抗及匹配电路 (26)3.7.2.2 加入无源电路进行总体仿真 (28)3.7.3第三种电路形式的设计及仿真 (30)III电子科技大学学士学位论文3.7.3.1 二极管对的输入阻抗及匹配 (30)3.7.3.2偏置电路的设计 (30)3.7.3.3 加入无源电路进行总体仿真 (31)3.9三种结构的仿真结果分析 (34)第四章结论 (37)致谢 (38)参考文献 (39)外文资料原文 (40)外文资料译文 (45)IV第1章引言第一章引言1.1毫米波的特点及应用毫米波一般指的是波长介于1~10mm的一段电磁波频谱，其相应的频率范围为30~300GHz。

微波放大器工作原理
微波放大器是一种专门用来放大微波信号的电子器件，它通常由射频（Radio Frequency，RF）信号源、微波输能装置和微波增幅元件等部分组成。

微波放大器的工作原理可以简单概括为：
1. 输入信号源提供射频信号：微波放大器的输入通常连接到一个射频信号源，该信号源提供待放大的微波信号。

输入信号源可以是一个外部的射频源，也可以是微波电路中的其他元件产生的微波信号。

2. 射频信号经过微波输能装置：输入的射频信号将通过微波输能装置，如传输线、波导等，将信号传递到微波增幅元件。

3. 微波增幅元件放大射频信号：微波增幅元件是微波放大器中的核心部分，它通常采用一种受激辐射过程来放大微波信号。

最常见的微波增幅元件是双极性晶体管（Bipolar Junction Transistor，BJT）和金属半导体场效应管（Metal-Semiconductor Field Effect Transistor，MESFET）等。

在这些元件内部，通过控制输入信号和直流偏置电压，可以使微波信号得到放大。

4. 放大后的信号输出：经过微波增幅元件放大后的信号将被输出到微波放大器的输出端口，供后续的信号处理或使用。

微波放大器主要通过微波增幅元件的放大作用将输入的微波信
号放大到更高的功率水平上，使信号可以被远距离传输或用于驱动其他微波器件。

同时，微波放大器还需要具备一定的线性度、稳定度和抗干扰能力，以保证输出信号的质量和稳定性。

微波放大器原理
微波放大器是指工作频率在300MHz-300GHz范围内的放大器，其工作原理基于功率放大的电子器件。

微波放大器的主要组成部分包括输入网络、输出网络和放大器单元。

输入网络负责将输入信号传递给放大器单元，同时将反射信号回传给源端，以保证最大功率传输。

输出网络则将放大的信号传递给负载端，同时将反射信号回传给放大器单元，以保证最大功率传输。

放大器单元则负责将输入信号进行功率放大。

微波放大器的实现方式主要有两种：晶体管放大器和管子放大器。

晶体管放大器通常采用双极性晶体管或场效应晶体管作为放大元件，根据输入输出端口的连接方式可分为共射极、共基极和共格极等结构。

晶体管放大器具有体积小、功耗低和频率响应好的特点，广泛应用于通信和雷达系统中。

管子放大器则采用电子管（如磁控管和速调管）作为放大元件。

电子管具有高功率、大信号增益和较宽的频带等特点，但也存在体积庞大、功耗高和频率响应差的缺点。

由于技术的进步，现代微波系统中晶体管放大器逐渐取代了管子放大器，成为主流。

微波放大器在通信、雷达、卫星通信等领域中起着重要的作用。

通过功率放大，微波放大器能够增强微弱的输入信号，从而提高系统的传输距离和可靠性。

同时，微波放大器的设计和制造
也是一门复杂的工程，需要考虑信号的带宽、噪声系数、线性度和功耗等方面的要求。

0102微波滤波器是一种在微波频段内选择性地传输或抑制特定频率信号的器件。

利用不同频率信号在传输线上的传播常数不同，实现频率选择性的传输或反射。

定义基本原理定义与基本原理早期采用集总元件（如电感、电容）实现，体积大、性能差。

中期随着微带线、波导等传输线技术的发展，滤波器逐渐小型化、高性能化。

•近期：基于新材料、新工艺的滤波器不断涌现，如高温超导滤波器、光子晶体滤波器等。

现状多种技术并存，各有优缺点，适用于不同应用场景。

随着5G、6G等通信技术的发展，对滤波器性能的要求不断提高，推动滤波器技术不断创新。

移动通信基站、终端设备等。

卫星通信地面站、卫星载荷等。

雷达系统收发组件、信号处理等。

电子对抗侦察、干扰等。

适应移动设备、可穿戴设备等应用场景的需求。

小型化、轻量化低插损、高带外抑制等，提高系统整体性能。

高性能适应多模多频、宽带通信等应用场景的需求。

多频带、宽频带满足大规模生产、商业应用的需求。

高可靠性、低成本允许低频信号通过，对高频信号具有较大的衰减作用。

低通滤波器允许某一频带内的信号通过，对该频带以外的信号具有较大的衰减作用。

带通滤波器允许高频信号通过，对低频信号具有较大的衰减作用。

高通滤波器阻止某一频带内的信号通过，对该频带以外的信号影响较小。

带阻滤波器01集中参数滤波器由集总元件（如电阻、电容、电感）构成，适用于低频段。

02分布参数滤波器由分布参数元件（如传输线、波导）构成，适用于高频段。

03混合式滤波器结合集中参数和分布参数元件，实现宽频带、高性能的滤波特性。

03采用同轴线作为传输线，具有低损耗、高功率容量等优点，但体积较大。

同轴线滤波器采用微带线作为传输线，具有体积小、重量轻、易于集成等优点，但插入损耗较大。

微带线滤波器采用波导作为传输线，具有高Q 值、低插损等优点，但体积较大且不易于集成。

波导滤波器按传输线类型分类插入损耗不同类型滤波器的插入损耗不同，一般来说，微带线滤波器的插入损耗较大，而同轴线滤波器和波导滤波器的插入损耗较小。

微波滤波器重要基础知识点
微波滤波器是一种用于处理微波频段信号的重要电子组件。

在无线通信、雷达系统、卫星通信等领域中广泛应用。

下面是微波滤波器的一些基础知识点：
1. 滤波器的作用：微波滤波器用于选择性地传递或阻止特定频率范围内的信号。

它可以通过削弱或消除不需要的频率分量来提高系统的性能和抗干扰能力。

2. 常见的微波滤波器类型：微波滤波器可以根据其工作原理和结构分为几种类型，包括振荡器型滤波器、共振型滤波器、谐振型滤波器、微带滤波器、微波管滤波器等。

3. 滤波器的频率响应：滤波器的频率响应是指滤波器在不同频率下的传输特性。

常见的频率响应类型包括低通、高通、带通、带阻等。

4. 滤波器的参数：微波滤波器的主要参数包括中心频率、带宽、插入损耗、波纹、阻带衰减等。

不同应用场景下，对这些参数的要求是不同的。

5. 微波滤波器的设计方法：微波滤波器的设计是一个复杂的过程，需要考虑到滤波器类型、器件参数选取、传输线特性以及加载元件等因素。

常见的设计方法包括矩形波导滤波器、微带线滤波器、集总参数滤波器等。

6. 微波滤波器的应用：微波滤波器广泛应用于无线通信系统中，用于去除杂散信号、降低噪声、改善信号质量。

同时，在雷达系统、卫星通信、无线电广播等领域中也有着重要的应用。

以上是微波滤波器的一些重要基础知识点，它们对于理解微波滤波器的原理、设计和应用具有重要意义。

在实际应用中，需要综合考虑不同因素，选择合适的滤波器类型和参数，以满足系统的要求。

倍频器原理分析范文倍频器（Frequency Multiplier）是一种用于将输入信号的频率倍增的电路。

它常被用于无线电通信、雷达、测量仪器等领域。

倍频器的工作原理主要基于非线性元件的特性，将输入信号进行整流、非线性放大和滤波处理，从而产生倍频信号。

一般来说，倍频器可以分为有源倍频器和无源倍频器两类。

有源倍频器主要采用非线性放大器（如晶体管、放大管等）实现倍频功能。

具体工作原理如下：1.输入信号整流：输入信号经过整流电路之后，将负半周的信号转变为正半周的信号。

整流电路一般采用二极管或其它非线性元件。

2.非线性放大：整流之后的信号会经过非线性放大器。

非线性放大器具有非线性IV特性，可将输入信号的幅度放大。

3.选择性滤波：放大后的信号含有一定的谐波成分，需要通过滤波器将不需要的谐波滤除。

常见的选择性滤波器有陷波器、带通滤波器等。

4.输出信号：经过滤波之后，输出的信号频率是输入信号的倍频。

无源倍频器主要利用非线性元件本身的特性实现倍频功能，无需额外的电源。

具体工作原理如下：1.非线性元件：无源倍频器可采用二极管、倍频晶体等器件作为非线性元件。

这些非线性器件在特定工作点附近的特性曲线比较陡峭，表现出二次谐波或更高阶谐波的放大特性。

2.频率调整：通过调整输入信号的频率和幅度以及非线性器件的工作点，使其在非线性特性曲线的陡峭区域产生倍频现象。

3.选择性滤波：与有源倍频器一样，无源倍频器也需要使用滤波器去除不需要的谐波成分。

无论是有源倍频器还是无源倍频器，在设计中都需要考虑非线性元件的工作点稳定性、谐振频率、谐波抑制等问题。

实际应用中，倍频器常常被用作频率合成器、频率转换器等。

例如，在无线电通信中，可以通过倍频器将低频信号转换成高频信号以便传输；在雷达中，倍频器可以将雷达信号的频率倍增以增加探测精度等。

然而，倍频器也面临一些问题，例如对输入信号的幅度、频率、相位等参数要求较高，且非线性元件带来的谐波等噪声可能影响倍频器的性能。

5-2若一两端口微波网络互易，则网络参量[]Z 、[]S 的特征分别是什么？ 解： 1221Z Z = 1221S S =5-4 某微波网络如右图。

写出此网络的[ABCD]矩阵，并用[ABCD]矩阵推导出对应的[S]及[T]参数矩阵。

根据[S]或[T]阵的特性对此网络的对称性做出判断。

75Z j =Ω解： 因为，312150275,2125025j j A A A jj --⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥===⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦所以，12313754212004j A B A A A jC D ⎡⎤--⎢⎥⎡⎤==⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥--⎢⎥⎣⎦因为，归一化电压和电流为：()()()i i i V z a z b z ==+()(()()i i i i I z I z a z b z ==-(1)归一化ABCD 矩阵为： 00/AB Z a b CZ D c d ⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦(2)所以： 1122220()()/a b A a b B a b Z +=++-1102222()()a b CZ a b D a b -=++-(3)从而解得：1001100221(/)1(/)1()1()A B Z A B Z b a CZ D CZ D b a ----+⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥----+⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦(4)所以进而推得[S]矩阵为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+----++++=D CZ Z B A BC AD D CZ Z B A D CZ Z B A S 000000/2)(2//1][ (5) ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--+-=j jj S 2722274211][ (6)由(3)式解得⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-++++----+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡220000000011////21b a D CZ Z B A D CZ Z B A D CZ Z B A D CZ Z B A a b (7)所以， ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-++++----+=D CZ Z B A DCZ Z B A D CZ Z B A DCZ Z B A T 00000000////21][(8)⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--+--=j j j j T 274214212721][ （9）因为[S]阵的转置矩阵][][S S t=，所以，该网络是互易的。

倍频器原理与电磁波调制倍频器是一种重要的电子器件，它可以将输入信号的频率倍增。

作为无线通信和电子系统中的关键组件，倍频器在许多应用领域中发挥着重要作用，包括射频通信、雷达系统、卫星通信等。

本文将介绍倍频器的工作原理，并探讨电磁波调制在通信系统中的应用。

首先，我们来了解倍频器的工作原理。

倍频器是一种非线性电路，通过非线性元件将输入信号的频率转换为输出信号的倍频。

常见的倍频器主要分为整数倍频和分数倍频两种类型。

整数倍频器通过将输入信号通过非线性元件（如二极管或晶体管）的正弦函数变为更高谐波的输出信号来实现倍频。

例如，如果输入信号频率为f，整数倍频器可以将其转换为2f、3f、4f等倍频的输出信号。

分数倍频器则是通过将输入信号分频并加以相应倍频的技术来实现。

它通常用于较高的倍频要求，如毫米波段的无线通信。

分数倍频器使用非线性元件和LC谐振电路来实现输出信号的倍频。

无论是整数倍频器还是分数倍频器，其核心在于利用非线性元件实现输入信号到输出信号的频率转换。

非线性元件的非线性特性使得倍频器能够工作，而线性元件则无法实现频率倍增。

接下来，我们将探讨电磁波调制在通信系统中的应用。

电磁波调制是一种将信息信号转换为电磁波信号的技术。

在无线通信中，我们常用的调制方式有幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。

幅度调制是将信息信号的幅度变化转换为载波信号的幅度变化。

频率调制则是将信息信号的频率变化转换为载波信号的频率变化。

相位调制则是将信息信号的相位变化转换为载波信号的相位变化。

这些调制方式都可以用于无线通信中，根据具体的应用场景和要求选择合适的调制方式。

电磁波调制在通信系统中的应用非常广泛。

通过调制，我们可以将信息信号转换为电磁波信号，并利用无线电传输技术将其传输到接收端。

在接收端，我们可以通过解调将电磁波信号转换为原始的信息信号。

无线通信系统中的调制和解调过程通常是通过调制解调器（Modem）来实现的。

调制解调器根据具体的调制方式，将信息信号转换为合适的调制信号并发送。

第24卷　第3期2003年9月制　导　与　引　信GU IDANCE &FU ZEVol.24No.3Sep.2003文章编号:167120576(2003)0320046205收稿日期:2003-05-04作者简介:朱志勇(19792),男,硕士生,从事微波电路与系统技术的研究。

微波倍频器的发展与设计朱志勇,　王积勤(空军工程大学导弹学院,　陕西　三原713800) 摘　要:论述了微波倍频器的作用及其发展现状,分析了各种微波倍频器的工作原理,总结了微波倍频器的实现途径及其设计要点,并运用CAD 技术成功设计了S 波段G aAsFET 微波二倍频器,得到了较好的结果。

关键词:倍频器;发展;设计中图分类号:TN771 文献标识码:AThe Development and Design of Microw ave Frequency MultiplierZHU Zhi 2yong ,　W A N G Ji 2qi n(Missile Institute of Air Force Engineering University ,Sanyuan Shaanxi 713800,China ) Abstract :Summarizes the function and development actuality of microwave frequency multiplier ,anal 2yses its work principle ,and sums up its realization pathway and design key.At the same time ,designs a G aAsFET microwave frequency doublers in S 2band by using the CAD technology and gains a good result.K ey w ords :frequency multiplier ;development ;design1　微波倍频器的作用及发展现状随着微波技术的发展,微波倍频器广泛用于通信、雷达、频率合成和测量等技术中,它在小功率高稳定的振荡器、频率综合器、锁相振荡器和毫微秒脉冲产生器等技术中也得到了广泛的应用。

倍频器原理
倍频器原理：
倍频器是一种电子设备，它能将输入的信号放大或压缩，并产生出一个频率比输入信号高或低的输出信号。

它是一种常用的电子设备，在很多领域都有广泛的应用。

倍频器可以分为三类：单相倍频器、双相倍频器和多相倍频器。

单相倍频器由一个开关构成，它的作用是用单个调制信号来激励一个电感，使其达到一定的频率。

双相倍频器由两个开关构成，它们的作用是用不同的调制信号来激励一个电感，从而使其达到不同的频率。

多相倍频器由多个开关构成，它们的作用是用不同的调制信号来激励一个电感，使其达到多个不同的频率。

倍频器的基本原理是运用电磁感应原理，当电流通过电感时，会产生感应电流，这种感应电流会受到调制信号的控制，从而改变电流的频率，从而实现放大或压缩。

倍频器的应用非常广泛，它可以用于放大小规模的信号，也可以用于处理更大规模的信号，如电信、广播和电视等。

此外，倍频器还可以用于无线电通信和微波通信，用于改变信号的频率以实现数据传输等。

此外，倍频器还可以用于定频电路中，用于产生一个精确的频率，从而控制电路的频率。

例如，它可以用于摄像机的快门控制，用于实现定时触发拍摄。

总之，倍频器是一种重要的电子设备，它可以用于放大信号，调节频率，处理信号以及实现定时控制等多种用途。