吴秋生[1]2001年在《Ka频段倍频放大组件及集成接收前端的研究》文中指出本论文是8．3．5．10项目，即毫米波混合集成技术研究课题中的一部分。要求将厘米波信号通过倍频方式提升到Ka频段，并通过功率放大获得0dB倍频输出。用作单脉冲和差体制制导雷达接收系统叁路混频器的本振源。 本文通过对计算毫米波微带线介电常数的经验公式的比较，得出适合Ka频段工程应用的公式；对微带不连续特性(包括开路端、缝隙)以及平行耦合微带进行分析并设计一个毫米波宽带的微带带通滤波器，通带31～36GHz，通带内衰减小于1dB，在28GHz和40GHz的衰减大于20dB；为了使微带电路在波导系统中进行性能检测，对波导—微带过渡进行仿真设计，其中波导—脊波导—微带过渡插入损耗小于0.7dB，波导—探针—微带过渡插入损耗小于0.5dB。 在有源部分，分析了放大器的稳定性和噪声系数，以及高增益放大器和低噪声放大器(包括多级低噪声放大器)的设计方法；讨论了倍频器的稳定性和噪声以及倍频器的倍频原理，针对反馈结构的倍频器做进一步分析，发现其功耗低，对不需要的谐波抑制度好，并且使输入输出隔离度变好；采用单片HMMC5040成功制作了Ka频段叁、四倍频—功率放大组件，实现了有增益的倍频；作为倍频放大组件的应用实例，初步分析了Ka频段双路集成接收前端。对倍频器电路仿真采用谐波平衡法。 在叁倍频放大组件中，输出频率在31.5～36GHz的范围内，实现了有增益的倍频，最大的倍频增益5.1dB；在四倍频放大组件中，输出频率在34～35GHz的范围内，实现有增益的倍频，最大倍频增益1dB。 实验结果表明，倍频放大组件能够为单脉冲和差体制制导雷达接收系统提供叁路混频器的本振源，并且具有成本低、体积小、可靠性高等优点。
王正伟[2]2012年在《基于LTCC技术的微波毫米波收发组件研究》文中提出由于毫米波的波长短、频带宽和它自身特殊的大气传播特性，使得Ka频段在雷达系统中得到了广泛的应用，从而推动了Ka频段收发组件的快速发展。针对二次雷达系统中的收发组件，功能较多、体积和重量要求小。因此，收发组件的小型化、集成化、高可靠性和低成本引起了人们极大的兴趣。低温共烧陶瓷（LTCC）技术是满足这一发展趋势的最佳选择之一。在毫米波二次雷达Ka频段收发组件中，低温共烧陶瓷多芯片混合集成方案将高性能无源功能器件与微波单片电路（MMIC）进行有效可靠的互连，以提供更小的体积和更多的设计灵活性。虽然LTCC技术在L波段得到了广泛的应用，但由于毫米波波长短、频率高，传统LTCC技术在该频段应用存在加工精度难以控制和传输损耗过大等缺点。因此，LTCC技术在毫米波收发组件中的应用较少。本论文针对LTCC技术在毫米波组件中应用的这些困难，基于传输线理论，利用容差分析和模式优化方法提出了适用于毫米波频段的LTCC电路设计方法。该方法解决了LTCC技术在毫米波频段的应用难题，减小了毫米波收发组件的体积和重量，降低了批量生产成本。本论文围绕基于LTCC技术的微波毫米波收发组件研究这一课题，主要完成了以下工作：1、半集总参数LTCC双工器：本文利用低温共烧陶瓷技术，提出了一种小型化半集总参数双工器结构，利用该结构实现的LTCC双工器结构简单，具有较小的尺寸和良好的电性能，并被应用在了LTCC毫米波收发组件中，实现了输入中频频率和输入本振频率双工的功能。2、基片集成波导滤波器：本文基于低温共烧陶瓷的叁维技术，提出了一种基于基片集成波导（SIW）实现的叁阶交叉耦合毫米波滤波器结构。利用这种结构实现的毫米波带通滤波器体积小，并具有一个高端极点，提高了滤波器高端抑制度。本文还提出了介质集成折迭波导（SIFW）这种新的传输、谐振耦合结构，与SIW相比，利用SIFW结构实现的X波段带通滤波器体积更小。3、宽阻带叁模谐振器滤波器：本文提出了一种具有宽阻带特性的叁模谐振结构，利用这种结构实现的带通滤波器在通带两边分别有两个衰减极点。本文实现的宽阻带叁模谐振器滤波器除了拥有宽的阻带外，矩形系数高，工作带宽较宽，可以达到28%。4、 LTCC微波毫米波收发组件：LTCC具有高密度、小尺寸的特点，并且在叁维设计方面具有较好的灵活性。本文结合工程应用，设计了L波段和X波段的小型化收发组件。本文还利用容差分析法完成了一种用于毫米波雷达系统的LTCC毫米波收发组件的设计，在满足指标要求的情况下，重量和体积减小为传统毫米波收发组件的2/3。
金龙[3]2005年在《W频段接收机前端研究》文中提出本文是对W频段接收机前端进行研究。受器件和工艺的影响，该系统采用混合集成的方法研制。接收机前端的任务是将天线送来的92-96GHz高频信号变频到中频8-12GHz，要求系统有较高的灵敏度和频率稳定度。系统主要由高频带通滤波器、本振信号源和亚谐波混频器组成。文中对构成电路的鳍线及其不连续性和构成系统的叁个部分分别做了研究。 编制了一套用谱域法和经验公式法分析鳍线的计算软件。提出了采用径向基函数神经网络作为鳍线不连续性的网络模型。通过电磁仿真软件分析鳍线不连续性，获得神经网络需要的样本数据。鳍线不连续性的物理尺寸和频率作为输入变量，不连续性等效电路元件参数作为神经网络的输出变量，经过对神经网络的训练，最后可以由神经网络快速、有效地获得鳍线不同槽宽的跳变、凹槽和凸带的等效电路参数。经过训练后的网络可以模拟鳍线不连续性的网络特性，计算速度比直接用电磁仿真软件分析要快得多，使之能用于含有鳍线不连续性的电路设计和优化。 对于带通滤波器，采用E面滤波器的方式实现，首先用传统的模式匹配法设计了用于本振滤波的U频段滤波器，所设计的滤波器经现有商业软件的仿真，性能都符合要求。提出了可以用于复杂结构的神经网络模型综合方法设计E面滤波器，并提出了用反转神经网络输入输出变量的网络模型以简化滤波器的综合设计，避免了一次求解方程获得物理尺寸的过程，并以该方法设计了用于射频滤波的W频段E面带通滤波器，测试结果跟预期的结果符合的比较好。 本振源是采用高稳定的微波锁相，然后倍频到毫米波的方式实现。微波锁相源采用数字锁相集成电路PE3236实现。压控振荡器输出10.5GHz的微波信号经过HEMT器件倍频器获得所需要的42GHz信号，信号经过毫米波单片功率放大器以获得推动混频器的本振功率。输出采用对极鳍线的波导微带过渡，通过仿真认为影响过渡性能最重要的参数是对极鳍线余弦过渡线的长度。通过测试计算研制的本振源输出功率达到19dBm。 亚谐波混频器采用单脊鳍线的方式实现。先分析了肖特基势垒二极管对的特性，然后通过分别独立出射频网络、本振网络和中频网络的方法设计该混频器。即先用大信号方法设计本振网络，使之匹配混频用的肖特基二极管对，用谐波平
丁勇[4]2008年在《Ka波段收发前端研制》文中提出在毫米波系统中,收发前端对系统的性能起关键作用。本文主要就是对毫米波收发前端的理论和设计进行深入研究。由于系统功能上要求完成收发双工、上变频和功率放大、低噪声放大和下变频功能,且根据考虑到小型化和高可靠性要求,因而选用混合集成微带平面电路+MMIC单片形式。本文共分为六章对毫米波收发前端的理论和设计进行了详细的阐述。第一章是本文的绪论部分,本章首先论述了毫米波的特点及应用,然后对目前国内外毫米波收发前端的发展动态进行了概括。最后介绍了本课题的研究意义及设计目标。第二章分析了毫米波收发前端无源电路的理论设计。主要涉及到毫米波带通滤波器及波导-微带过渡。第叁章着重论述了毫米波收发前端有源电路的理论设计。主要包括放大器、混频器和开关。第四章提出一种有效的毫米波收发前端的设计方案,并合理的选择和分析该方案所需器件。最后根据设计目标制作了毫米波收发前端实物。第五章对制作的毫米波收发前端实物进行了测试,并对测试结果进行分析。在最后一章,基于上述工作,提出了本文的结论部分以及对本论文的理论、设计结果进行了总结。
喻梦霞[5]2006年在《毫米波引信前端收发组件》文中研究表明本文研究的毫米波收发组件是引信前端的重要组成部分。本文的工作围绕毫米波引信前端收发组件及其关键部件的研究展开。本文首先阐述了毫米波引信前端收发组件的工作原理，根据收发组件的技术指标，按照组件的设计原则提出了具体的设计方案，给出了组件的结构框图，并把组件分为几大模块来进行设计。本文研究了与组件相关的一些平面无源电路。设计了用于组件各模块电路及毫米波单片功率放大器中的微带功率分配／合成器；提出了几种新型的微带带通滤波器结构，给出了仿真和测试结果；其中一种在毫米波上实现的新型微带带通滤波器，通过加载电容而出现慢波效应，从而在不改变电路性能的情况下减小了电路的尺寸，因而使组件的结构安排更易实现。本文通过高频分析软件HFSS对引起对脊鳍线过渡谐振的几个参数进行了分析，得出了可供工程应用参考的设计曲线。此外，采用准静态模型计算了微带到微带互连双线结构的高频特性，其结果对毫米波微带集成电路的设计具有重要价值。本文还介绍了MMIC设计中常用的电容、电感和电阻等多种无源元件，给出了它们的等效电路模型和设计方法。通过运用PHEMT有源器件模型，设计、仿真、优化并通过国内自有的GaAs工艺线制做了Ka频段GaAs PHEMT单片功率放大器。讨论了输出功率较小的乙类倍频器，简述了微波场效应晶体管倍频器的理论，对倍频源相位噪声的影响作出了分析，获得了组件所需的毫米波倍频源。在介绍了微波集成混频器通常采用的肖特基势垒二极管的结构及等效电路的基础上，介绍了混频器的混频原理、主要技术指标及基本电路形式。毫米波0-π移相器是组件的关键部件之一，其性能的好坏将直接影响到组件的指标。本文研究了毫米波0-π移相器的移相误差、寄生调幅和开关时间对载波抑制度的影响，得出了有用的结论来指导毫米波0-π移相器的设计，最后的测试结果显示了理论分析的正确性。最后在前面单个部件分析设计的基础上，设计制作并测试了毫米波引信前端收发组件，测试结果显示本文所研制的收发组件完全满足项目技术指标要求。
文杰[6]2008年在《Ka波段精确制导收发前端的研究》文中研究表明收发前端广泛应用于军用雷达中。现代雷达与制导、电子对抗、通信、遥感遥测系统的工作频率已逐步由微波波段扩展到毫米波波段,因此收发前端的工作频率也不断上升。毫米波收发前端具有尺寸小,重量轻等优点,更适合现代军事系统的要求。毫米波收发前端的基本单元是毫米波器件,其性能的优劣直接影响整个前端的性能。毫米波器件又分为无源器件和有源器件,本文从这两个方面对毫米波收发前端的理论和设计进行了研究。课题中关键的无源器件主要是毫米波波导微带过渡和滤波器。通过对叁种毫米波波导到微带过渡结构的理论探讨和仿真研究,最终选择了波导微带探针过渡。以滤波器理论为基础,结合仿真软件采用参数提取的方法设计了发射支路中的毫米波带通滤波器。本振支路中和接收支路中的滤波器分别设计的是带阻滤波器和LC低通滤波器。系统中的有源器件主要是毫米波放大器、倍频器、混频器。结合系统的指标要求,合理选择了有源器件的MMIC单片,同时制作了单片加电时序和电源逻辑电路,防止错误加电造成单片的烧毁,并最大限度地节约了功耗,提高了系统的工作的可靠性和稳定性。根据主要技术指标提出了毫米波收发前端的设计方案,并利用ADS对整个方案进行了仿真,最后采用毫米波混合集成技术制作了Ka波段精确制导收发前端,完成了对整个收发前端方案的验证。整个收发前端安装在80mm×60mm×14mm的腔体内。发射和本振频率相差60MHz,实现发射和本振输出异频相差。发射信号通过微波开关斩波为脉冲信号,经4倍频到毫米波波段输出,频率范围2GHz,输出功率大于500mW。接收增益大于25dB,噪声系数小于5dB。
杨非[7]2006年在《毫米波T/R组件的研究与设计》文中提出收发T/R组件在当今雷达系统中占有举足轻重的地位,本文根据设计指标提出了毫米波前端的设计方案,系统功能上要求完成收发双工、上变频和功率放大、低噪声放大和下变频功能,外形尺寸为106×89mm,通过综合方案比较,结合自身条件,选取了毫米波混合集成电路形式。为提高功放输出端杂散抑制度的要求选取了E面鳍线滤波器与E面探针过渡的形式与微带集成,“挂接”在内腔体边沿,缩小了体积;设计了由TTL电平支配的“即工作即供给”电源逻辑满足了最大节能的要求,发射和差两通路、发射接收的隔离度由此均实现了40dB以上的隔离;最后制作了单片的加电时序电路,防止了因加电不当而造成组件的烧毁,提高了组件工作的可靠性。实验结果显示发射通路输出功率>500mW、噪声系数<6dB、接收通路增益>25dB、和差发射通路的隔离度>40dB,收发隔离度>40dB,基本达到指标要求。最终六套组件已交付使用,系统工作稳定,性能良好。第一章是本文的绪论部分,首先简单介绍了毫米波的特点,接着对毫米波收发组件的国内外发展动态作了总结,最后简要说明了本文研究的目的和主要工作。第二章介绍了低噪声放大器、谐波混频器、四倍频器、单刀双掷开关、压控振荡器的基本原理,并分别以一个的设计实例阐述这些器件的基本设计方法(频段为X波段),最后介绍了功率合成和毫米波功率放大器单片的最新动态。第叁章介绍了毫米波前端中无源电路的设计,包括毫米波窄带滤波器的设计、微波和中频滤波器的设计、波导到微带的过渡、微波信号的层间过渡。第四章是全文的重点,首先介绍了现代雷达系统的基础,并对适合本毫米波T/R组件的单脉冲和差体制测角的方法做了简要的介绍,接着对该组件的设计流程做了较为详尽的阐述。最后是性能测试,根据在测试中发现的现象进行分析。第五章是全文的结论,叙述了本课题的主要工作,给出了一些改进措施及设计中需要注意的问题,为以后的设计制作提供重要的经验。
邓雄[8]2013年在《Ka波段宽带FDD/TDD数字微波通信系统前端研究与实现》文中研究指明电磁频谱作为资源之一，近年来人类对其应用的探索研究进一步扩展，毫无疑问人类将对整个电磁频谱进行“占领”并各尽其用，让丰富而稀有的频谱资源服务于人类社会。毫米波在带宽、辐射、传播、接收、系统集成及应用等方面显示出巨大优势，20世纪70年代，国际电信联盟(ITU)世界无线电大会就对通信业务使用的30GHz至70GHz毫米波频段进行了划分和分配。当前社会信息化进程加快，电磁频谱开发利用显得更加迫切和必要，毫米波甚至太赫兹已经成为国际社会一个重要的研究领域，这必将使得毫米波通信技术的发展加速。结合近年毫米波集成电路和无线通信数据业务的发展，本文介绍了一种同时实现32GHz、38GHz频段上FDD/TDD通信制式的信道化数字微波通信系统设计与实现。该系统采用两次变频的超外差接收及二次变频发射方案，毫米波前端包含发射与接收部分，其中发射部分把中频信号上变频到Ka频段，接收模块把Ka频段的信号变频至L波段，同时要求两个模块具有较高的隔离。该毫米波前端实现宽带通信的同时，还具有两个倍频链用于实现毫米波通信系统中的波道选择，且该本振倍频链对杂散抑制和相位噪声要求很高。本文详细研究了适用于本系统的波道划分、系统设计与仿真、毫米波关键器件设计与选择、腔体设计、测试电源设计等。通过实验测试，通信系统收发链路动态范围各30dB，接收机噪声系数6dB以下，中频带宽22MHz，灵敏度-85dBm@SNR10dB以下，发射功率达15.4dBm，发射邻道抑制40dBc，能实现200m-5km范围内的无线通信。该系统可用于本地多点分布式业务（LMDS）通信系统或其他宽带数字微波通信系统，可采用自适应调制方式实现QPSK、4QAM、16QAM、32QAM、64QAM调制等。
曹卫平[9]2002年在《Ka波段倍频放大组件》文中指出本论文所研究的课题是信息产业部电子十所预研项目“‘LMDS’毫米波前端”的一部分。其要求是将厘米波信号通过倍频放大方式提高到Ka波段，并获得有增益的倍频输出。 在无源电路部分，我们首先对微带线、耦合微带线的传输特性和微带-波导过渡的基本原理进行了分析。然后，我们利用HPADS软件分别仿真、设计和制作了微波频段和毫米波频段两个滤波器—微带抽头式交指型带通滤波器和平行耦合滤波器。并把电路仿真和场仿真以及测试结果进行了分析和比较。在Ka波段倍频放大组件的输出端，为了便于测试和降低损耗，我们采用微带-波导过渡的形式。根据实际要求，利用Ansoft HFSS软件建立了仿真模型，以此进行了设计和制作，并对仿真、测试结果进行了比较和分析。 在有源电路部分，我们分析了FET、HEMT作为倍频器的基本原理。在此基础上，分别设计了两个倍频放大电路。在微波部分，用FET管设计了二倍频器和放大器。我们先在HPADS软件中建立了模型，并利用谐波平衡法对此进行了优化和仿真。仿真和测试结果都取得了很好的一致。在毫米波部分，我们采用HMMC 5040成功制作了倍频放大组件，实现了有效的倍频增益。 最后，我们根据以上的仿真和设计结果设计和制作了Ka波段倍频放大组件。该组件由6部分组成：一功率为4dBm，频率为：3.4GHz的厘米波信号先经FET倍频，然后滤波、FET放大，得到一6.8GHz的信号。此信号再经由HMMC 5040制作的倍频放大组件进行倍频、滤波、放大。最后，输出信号的频率为27.2GHz、功率是20.37dBm。 实验结果表明，倍频放大组件能够为LMDS毫米波前端提供很好的本振源，并且具有成本低、体积小、可靠性高等优点。
刘源[10]2009年在《Ka频段收发组件小型化技术研究》文中指出毫米波收发组件在当今的雷达、通信、导航、遥控和电子战等诸多领域系统中占据着举足轻重的地位。作为前端系统的收发子系统,毫米波收发组件就是把毫米波接收模块和发射模块集成为一个毫米波集成电路,其性能的优越性对整个系统性能起着关键性的作用。本文从发射和接收支路两个方面对毫米波收发组件的关键理论和技术进行了研究,根据设计指标提出了可行的Ka频段收发组件小型化设计方案。该方案采用双通道和差单脉冲体制,在系统功能上要求将L频段中频信号上变频为Ka频段毫米波信号,并把该信号放大输出;以及将接收到的Ka频段毫米波小信号前置放大并下变频到所需的中频频段;同时要求完成收发双工。通过综合方案比较,结合当前条件,选取了毫米波混合集成电路和单片集成电路(MMIC)形式。为了满足Ka频段毫米波信号的高功率输出,发射支路采用了多级放大的方式,实现大于35dBm的高输出功率;接收支路采用两级低噪声放大器的方式,在实现高接收增益的同时,满足了小于4.5dB的低噪声系数要求;为了提高发射支路端杂波抑制和谐波抑制,并且实现接收支路高通道选择性,使用了E面膜片腔体滤波器,并挂接在内腔体边沿,缩小收发组件体积;由于设计指标对组件外形尺寸和各个接口都进行了明确的限制,并且需要集成多个芯片和部件,使得组件的电路布局和装配成为小型化设计的关键;本收发组件由差分LV TTL电平控制,电源逻辑采用“即工作即供给”的方式,既减小了各个支路器件的相互影响,又满足最大的节能要求。根据最终设计方案,本文制作了Ka频段毫米波收发组件,整个组件外形尺寸为85×50×18mm。通过对实物进行测试,其重要的系统指标如下:输出功率≥35dBm、带内不平坦度≤1dB、两路输出功率不一致性<1dB、接收噪声系数≤4.5dB、发射信号带外杂波抑制度≥50dB、接收镜频抑制≥40dB、接收增益≥23dB、接收动态范围≥55dB,达到指标要求。最终两套组件已交付使用,系统工作稳定,性能良好。
参考文献：
[1]. Ka频段倍频放大组件及集成接收前端的研究[D]. 吴秋生. 电子科技大学. 2001
[2]. 基于LTCC技术的微波毫米波收发组件研究[D]. 王正伟. 电子科技大学. 2012
[3]. W频段接收机前端研究[D]. 金龙. 电子科技大学. 2005
[4]. Ka波段收发前端研制[D]. 丁勇. 电子科技大学. 2008
[5]. 毫米波引信前端收发组件[D]. 喻梦霞. 电子科技大学. 2006
[6]. Ka波段精确制导收发前端的研究[D]. 文杰. 电子科技大学. 2008
[7]. 毫米波T/R组件的研究与设计[D]. 杨非. 电子科技大学. 2006
[8]. Ka波段宽带FDD/TDD数字微波通信系统前端研究与实现[D]. 邓雄. 电子科技大学. 2013
[9]. Ka波段倍频放大组件[D]. 曹卫平. 电子科技大学. 2002
[10]. Ka频段收发组件小型化技术研究[D]. 刘源. 电子科技大学. 2009
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