第3章毫米波固态电路20140316-毫米波混频器和倍频器

毫米波振荡原理
毫米波的振荡原理基于电磁相干振荡理论。

英国物理学家弗洛里赫提出，生物组织中的DNA、RNA、蛋白质、酶等大分子和生物膜均有各自固定的振荡频率，这些频率正处于毫米波的振荡频率范围之内。

因此，当毫米波作用于这些生物大分子和生物膜时，可以引起谐振，进而对细胞产生一系列生物学效应，如修复细胞、激活细胞、提升自身抵抗疾病和治愈疾病的能力等。

毫米波振荡器产生毫米波（8mm），经隔离器加至环行器，再由天线定向辐射出去，并在空间以电磁波形式传播。

当此电磁波在空间遇到目标（弹丸）时反射回来，如果目标是运动的，则反射回来的电磁波频率附加了一个与目标运动速度成正比的多普勒频率。

此回波被天线接收下来，经环行器加至混频器，在混频器中与经环行器泄漏的信号（作为本振信号）进行混频。

混频器为非线性元件，其输出有多种和差频率，如fd、f0±fd、2f0±fd等，经前置放大器选频得多普勒信号（频率为fd），再经长电缆（长50～100m）送至预处理系统的主放大器，主放大器附有自动增益控制与手动增益控制电路。

手动增益用来调整放大器的总增益，自动增益控制用来增加放大器的动态范围。

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毫米波400W连续波固态功放设计李新胜【摘要】针对未来深空测控及其他航天器的测控通信需求,提出了一种基于单片微波集成电路(MMIC)的新颖高效2×6路结构的波导功率合成方案.利用三维电磁场软件HFSS建模仿真,并以此为基础研制了38 W功放模块和功率合成器.通过模块化设计、分布式散热和结构一体化等多种技术措施,设计的毫米波固态功放实现了192路芯片高效率合成.测试结果表明,在1 GHz带宽内输出P1dB功率达到400W(连续波),合成效率达到80％以上,散热效果理想,设备稳定.【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2017(047)001【总页数】4页(P59-61,70)【关键词】Ka频段;连续波;固态功放;合成器;合成效率;热设计【作者】李新胜【作者单位】中国电子科技集团公司第二十七研究所,河南郑州450047【正文语种】中文【中图分类】TN73由于Ka频段测控系统在信噪比、带宽和抗干扰能力等方面的先天优越性，未来深空探测任务的上行工作频段将逐渐从目前的S频段、X频段向Ka频段方向过渡、发展。

但由于Ka频段微波单片集成电路(MMIC)自身的功率限制，必须进行大规模芯片合成，这又给合成效率和散热带来极大的压力。

为适应高功率、高合成效率、高效散热和小型化的未来需求，可通过双面探针(波导微带转换)实现小型化要求，尽力减小各级波导合成器尺寸和减少波导接口数量来降低损耗，通过结构和散热一体化设计达到高效导热和散热的目的。

本文采用一种新颖的非二进制合成器结构，实现大规模功率合成以及合理的热设计，有效规避了二进制结构采用256路结构而导致不必要的输出功率偏高的弊端，不仅缩小了整机体积、减小了供电功率、提高了合成效率，而且大大减轻了散热压力。

整机采用12路合成的方案，合成器采用BJ320波导结构。

毫米波400 W固态功放的方案组成框图如图1所示。

主要组成部分包括：驱动与监控模块、末级模块、2分路器/合成器、2分路器/合成器、微波组件、分布式供电电源和冷却装置以及各种对外接口等。

用于毫米波雷达频率源的四倍频器设计
王梓任;杨煜;黄宇欣;沈啸伟;陈奇超;高海军
【期刊名称】《杭州电子科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2024(44)2
【摘要】基于SMIC 55 nm CMOS工艺,设计了一款面向毫米波FMCW雷达频率源的四倍频器。

该四倍频器由相同拓扑结构的二倍频级联构成,二倍频核心采用Push-Push结构实现,采用磁耦合谐振器(MCR)实现输入阻抗匹配,同时实现单端转差分和抑制谐波的功能;论文同时提出了一种谐波抑制结构,运用带通结构结合MCR完成级间匹配和输出功率匹配,满足抑制谐波和较高输出功率的要求。

设计结果表明,在60~64 GHz输出频率内,四倍频器饱和输出功率为2.2 dBm,谐波抑制度大于35 dBc,直流功耗59 mW。

该四倍频器在满足宽倍频器程的前提下,具有高谐波抑制度和高输出功率的特点,可用于毫米波雷达系统中的频率源产生电路。

【总页数】10页(P14-22)
【作者】王梓任;杨煜;黄宇欣;沈啸伟;陈奇超;高海军
【作者单位】杭州电子科技大学射频电路与系统教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN432;TN771
【相关文献】
1.毫米波脉间频率步进雷达波形参数优化设计
2.毫米波低相噪捷变频高分辨率雷达频率源设计
3.一种用于调频连续波雷达系统的频率源工程设计
4.宽频带毫米波有源倍频器设计
5.MUSIC法用于频率步进毫米波雷达目标回波信号分析
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毫米波雷达原理及器件-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容：毫米波雷达是一种基于毫米波频段工作的雷达系统。

毫米波波段指的是波长在1毫米到10毫米之间的电磁波段。

相比于传统的雷达系统，毫米波雷达具有更高的频率、更大的带宽和更高的分辨率，能够实现更精确的目标探测和成像。

毫米波雷达的原理是利用毫米波的特性进行目标检测和成像。

毫米波波段的电磁波穿透力较弱，具有较高的衰减特性，因此可以很好地避免与其他频段的信号干扰。

同时，毫米波频段的大带宽和高频率使得毫米波雷达能够实现更高的分辨率和更精确的测量。

毫米波雷达系统由发射和接收两部分组成。

在发射过程中，雷达系统通过发射器产生毫米波信号，并通过天线系统将信号辐射出去。

接收过程中，雷达系统接收由目标反射回来的毫米波信号，并通过接收器进行信号处理和分析。

信号处理和成像原理是毫米波雷达的核心，通过对接收信号的处理，可以获得目标的距离、速度、方位角等信息，从而实现目标的探测和成像。

毫米波雷达器件主要包括天线系统、频率合成器和发射机等。

天线系统负责发射和接收毫米波信号，其设计和性能直接影响了雷达系统的探测和成像能力。

频率合成器和发射机则负责产生稳定的毫米波信号，并将信号传输到天线系统进行辐射。

总之，毫米波雷达是一种利用毫米波频段工作的雷达系统，具有更高的分辨率和更精确的测量能力。

通过发射和接收毫米波信号，并经过信号处理和成像原理，毫米波雷达能够实现目标的探测和成像。

天线系统、频率合成器和发射机等是毫米波雷达的关键器件，其设计和性能对系统的性能具有重要影响。

未来，随着技术的不断进步和创新，毫米波雷达有望在多个领域得到广泛应用。

1.2 文章结构文章结构部分的内容应该包括对整篇文章的大致内容进行概述和介绍。

下面是文章结构部分的内容：文章结构:本文将介绍毫米波雷达的原理及器件。

文章主要分为以下几个部分：引言、正文和结论。

引言部分将对毫米波雷达进行一个概述，介绍其在科研和工业领域的应用以及当前的研究现状。

固态电子器件答案【篇一：微波固态电路复习题】1. 微波是指频率在（300mhz~300ghz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（1mm~1m）。

2. ku波段是指频率在（12ghz~18ghz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（2.5~1.67cm）。

vhf波段是指频率在（0.1ghz~0.3ghz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（300~100cm） uhf波段是指频率在（0.3ghz~1ghz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（100~30cm）s波段是指频率在（2ghz~4ghz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（15~7.5cm）c波段是指频率在（4ghz~8ghz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（7.5~3.75cm）3. 在大气中，影响微波/毫米波传播的主要是（氧分子）和（水分子），由于气体的（谐振）会对微波/毫米波产生（吸收）和（散射）。

4.毫米波的四个大气“窗口”是（35ghz）、（94ghz）（140ghz）（220ghz）。

简答题1. 简述微波电路的发展历程由最初的电子管向固态化发展，由大型元件向小型元件、集成电路、器件方向发展，同时开发新系统。

目前微波技术的发展趋势是朝小型化、高集成化、高可靠、低功耗、大批量应用方向发展。

2. 什么是mmic利用半导体批生产技术，将电路中所有的有源元件和无源元件都制作在一块砷化镓衬底上的电路称为微波单片集成电路。

第2章选择与填空题1. 列举几种常用的平面传输线（微带线、悬置式微带线、倒置式微带线、带线、槽线、共面波导、鳍线）2. 微带线主要传输的模式是（准tem），带线的传输主模是（tem）11. 槽线的传输模式是（te模）。

12. 共面波导的传输模式是（准tem模）。

8. 鳍线的传输模式是（te与tm模式组成的混合模）。

3. 微带线最高工作频率的影响因素有（寄生模的激励、较高的损耗、严格的制造公差、处理过程中的脆性、显著地不连续效应、不连续处的辐射引起低的q值）（列举四个即可）4. 定向耦合器常用表征参量有（耦合度、方向性、隔离度）7. 耦合器的耦合度的定义是（c= 10lgp1/p3 = 20lg|s31| db ）。

毫米波宽带二倍频器设计
郭健;黄娅;毕波;张永杰;钱澄;窦文斌
【期刊名称】《固体电子学研究与进展》
【年(卷),期】2011(31)6
【摘要】基于鳍线/悬置微带线耦合器提出了一种适用于毫米波变容二极管的宽带平衡式二倍频器结构。

鳍线作为二极管对的驱动输入端,同时提供直流偏置接地。

二极管对的直流偏置电压由输出悬置微带/WR-22波导转换的探针馈入。

结合宽带输入WR-42波导/鳍线转换、宽带鳍线/悬置微带线耦合器以及宽带悬置微带线/WR-22波导转换实现了覆盖整个Q频段的平衡式二倍频器。

在输入功率为
+20dBm,变容管反偏置电压1.2V时,输出33～50GHz的范围内倍频效率大于10%。

【总页数】4页(P577-580)
【关键词】鳍线/悬置微带线耦合器;宽带平衡式二倍频器;直流偏置
【作者】郭健;黄娅;毕波;张永杰;钱澄;窦文斌
【作者单位】东南大学毫米波国家重点实验室;金陵科技学院;毫米波遥感技术重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN771
【相关文献】
1.毫米波二倍频器的研究与设计 [J], 张倩;孙玲玲;文进才
2.一种毫米波超宽带平面倍频器的设计 [J], 金长林;陈波
3.一种超宽带毫米波倍频器设计 [J], 黄华;全金海;胡柳林;刘云刚;金长林
4.亚毫米波二倍频器的设计 [J], 林元根;张勇
5.一种毫米波宽带倍频器设计 [J], 杨先国;何俊岑;杨秀强
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亚毫米波二倍频器的设计林元根;张勇【摘要】亚毫米波在电磁波频谱中占有很特殊的位置,因此,在学术上有很重要的学术价值,但目前在国内对亚毫米波倍频源的研究还寥寥无几.建立了电路拓扑结构.器件以串联的方式安装于输入波导与悬置微带线连接处的混合结上,可满足偶次倍频的要求.通过ADS和HFSS等软件的联合仿真设计出180 GHz平衡式无源二倍频器,并对二倍频器电路进行了加工、制作和测试.【期刊名称】《舰船电子对抗》【年(卷),期】2010(033)004【总页数】5页(P102-105,111)【关键词】亚毫米波倍频器;悬置微带线;减高波导【作者】林元根;张勇【作者单位】船舶重工集团公司723所,扬州,225001;电子科技大学,成都,610054【正文语种】中文【中图分类】TN7710 引言亚毫米波在长波段与毫米波相重合,而在短波段,其频率与THz相重合,可见它在电磁波频谱中占有很特殊的位置。

由于所处的特殊位置,亚毫米波具有一系列特殊的性质,它的量子能量很低,信噪比很高,频率极宽,能覆盖各种蛋白质在内的大分子的转动和振荡频率。

因此,亚毫米波在学术上有很重要的学术价值,在科学技术上及工业上有很多实际的应用:如信息科学方面的超高速成像信号处理,大容量数据传输;材料处理,分层成像技术,生物成像;等离子体聚变的诊断;天文学及环境科学等。

而且在国防上也有着极其重要的应用前景。

1 偶次倍频原理倍频器可采用单个或多个非线性器件。

单器件由于承受功率限制,电路不能有效地提供足够的输出功率和较大的动态范围,另一方面单器件电路不能抑制不需要的谐波,而多器件采用平衡式结构可以提高电路功率容量,获得较大的输出功率,并抑制不需要的谐波分量。

对于偶次倍频器,其工作原理如图1所示。

图1 偶次倍频原理图在图1中,2个二极管相对于输入回路反向并联,相对于输出回路同向串联,设输入信号电压为V,肖特基势垒二极管的I/V特性为:式中:is为反向饱和电流,α只与二极管本身和绝对温度有关。

基于薄膜工艺的1030 GHz混频器和750~1100 GHz倍频器研制孟进;张德海;牛斌;朱皓天;刘锶钰;范道雨;陈胜堂;周明【期刊名称】《红外与毫米波学报》【年(卷),期】2022(41)5【摘要】基于南京电子器件研究所砷化镓工艺线,自主完成了750~1100 GHz全频带三倍频器以及中心频率为1030 GHz的低损耗二次谐波混频器的研制。

为了提升模块的性能,将传统的场路结合的设计方法进行了扩展,引入器件的参数优化,并建立起两者互为反馈的关系,从而达到整个设计过程的闭环。

研制出的单片电路厚度为3μm,并通过梁氏引线支撑悬置于腔体结构中。

测试结果表明宽带倍频器在790~1100 GHz频率范围内输出功率为-23~-11 dBm。

以上述倍频源作为射频信号对二次谐波混频器进行测试,在1020~1044 GHz频率范围内变频损耗优于17.5 dB,在1030 GHz处测得的最小变频损耗为14.5 dB。

【总页数】8页(P871-878)【作者】孟进;张德海;牛斌;朱皓天;刘锶钰;范道雨;陈胜堂;周明【作者单位】中国科学院国家空间科学中心微波遥感重点实验室;南京电子器件研究所微波毫米波单片集成和模块电路重点实验室;南京中电芯谷高频器件产业技术研究院有限公司【正文语种】中文【中图分类】TN771【相关文献】1.0.03GHz～3GHz宽带取样混频器的研制2.140GHz二倍频器的研制3.具有0 dBm LO驱动的宽带3 GHz至20 GHz高性能集成混频器4.基于T形阳极GaAs 肖特基二极管薄膜集成电路工艺的664 GHz次谐波混频器5.宽带3 GHz至8 GHz混频器凭借25 dBmOIP3和2 dB转换损耗改善上变频性能因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

3mm波段宽带混频器的设计
赵颖;宋翔
【期刊名称】《国外电子测量技术》
【年(卷),期】2017(36)9
【摘要】混频器广泛应用于通信接收系统,随着微波通信系统向高频段方向发展,高频段的毫米波混频器成为了重点研究毫米波器件之一。

介绍了一种结构新颖的毫米宽带混频器的设计,本振信号由矩形波导向悬置微带线引入,射频信号由矩形波导向鳍线引入,一对肖特基二极管搭在悬置微带线和鳍线之间构成了平衡混频电路,经仿真验证,设计出的毫米波宽带混频器在75~105GHz的工作频率上,变频损耗优于12dBm,各端口之间的隔离度也优良,且该混频器具有结构简单、易于加工等优点。

【总页数】4页(P68-71)
【关键词】3mm波段;平衡混频器;过渡波导;鳍线;悬置微带线
【作者】赵颖;宋翔
【作者单位】上海精密计量测试研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN773.4
【相关文献】
1.3mm宽带混频器 [J], 曹逸庭
2.基于肖特基二极管改进模型的W波段宽带八次谐波混频器 [J], 丁德志;徐金平;陈振华
3.3mm波段宽带鳍线定向耦合器 [J], 陈忆元
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5.3mm波段高T_c超导谐波混频器 [J], 金飚兵;程其恒;许伟伟;吴培亨;阎少林;邵凯
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