W波段90-96GHz二倍频器设计

赵娥 电子科技大学 四川成都 610051

引言

W波段是毫米波中重要的窗口频率，对于该频段电子器件的研究具有重要意义。目前，国外多采用变容管实现倍频器，但是国内阶段毫米波工艺相当落后，国内采用电阻性倍频的较多。本文采用无封装的倒装二极管芯片设计了一个W波段微带二倍频器。接下来将详细介绍设计过程，其中第一部分介绍倍频器的结构，并仿真了倍频器的各分模块，第二部分给出了整体仿真的结果，最后是结论部分。

1 倍频器的结构

二倍频器输入信号频率范围为45-48GHz，输入信号经过波导微带过渡、低通滤波器、输入匹配网络、二极管、输出匹配、带通滤波器、输出过渡后由波导输出。倍频器电路制作在Rogers 5880 基板上，其基板厚度为0.127mm，介电常数为2.2。

1.1 二极管的选择

本设计采用一款无封装的倒装二极管芯片实现二倍频，即Skyworks公司生产的DMK-2790二极管（尺寸为0.66mm0.33mm）。由其具体Spice参数可以知道其结电容和串联电阻都很小，这种无封装电容和引线电感影响的二极管可应用于制造20-100GHz的检波器和倍频器。

1.2 滤波器

在倍频器结构中，输入端低通滤波器主要是用来阻止倍频器产生的高次谐波向输入端传播，也就是在二极管输入端呈现较小的谐波阻抗。输出端带通滤波器主要是用来选择要求输出的频率信号，抑制基波信号和其他不需要的谐波分量。本文采用ADS软件中的滤波器设计控件来实现滤波器的仿真，实现的滤波器S参数曲线如图1及图2所示。

图1 输入端低通滤波器的S参数仿真

图2 输出端带通滤波器的S参数仿真

2 非线性分析

将电路各部分相连后具体电路图如图3所示。利用ADS中的谐波平衡技术，可以获得倍频器的性能。通过对相位时移线的长度的调谐，可以调节倍频器的输出二次谐波功率、输入回波损耗、谐波抑制度等。中心频点处的仿真结果如图4所示。

图3 二倍频器的非线性仿真

图4 46.5GHz信号经过倍频后的测试结果

将45-48GHz各频点的测试结果统计在表1中。由表中测试结果可以看出当输入功率为15dBm时，在90-96GHz范围内，输出功率都大于5dBm，其中最大输出功率为7.489dBm，而三次谐波输出功率均小于-60dBm，基波输出功率均小于-49dBm，达到了倍频效果及项目的目标要求。

表1 测试结果

3 结论

本文通过对二极管倍频器工作原理的分析，利用ADS谐波平衡技术，对二次倍频二极管进行大信号S参数分析，得到较好的二次谐波负载，并进行二次倍频器电路的匹配。该仿真结果在输入功率为15dBm时，在90-96GHz范围内，输出功率都大于5dBm，其中最大输出功率为7.489dBm，证明了所提方案具有较好的可实践性。