基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計

1、鄭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目：基于ADS微波有源倍頻器仿真設(shè)計指導(dǎo)教師： 周曉萍 職稱： 副教授 學(xué)生姓名： 劉森 學(xué)號： 20062410114 專 業(yè)： 電子信息工程1班 院（系）： 信息工程學(xué)院 完成時間： 2010年 5 月 15 日 2010年 月 日基于ADS微波有源倍頻器的仿真設(shè)計摘 要：文章主要論述了利用ADS 軟件設(shè)計一種基于GaAs FET 有源倍頻器的設(shè)計。首先概述了FET倍頻器原理及各部分作用意義，接著介紹了設(shè)計方法。該設(shè)計方法先推導(dǎo)了直流偏置電流公式，證明電流脈沖時間與導(dǎo)通角關(guān)系，確定適合的直流偏置，再著手匹配理論研究并結(jié)合實例對電路進(jìn)行輸入輸出的匹配，然后根據(jù)濾波

2、器理論及實際應(yīng)用設(shè)計加入一個平行耦合濾波器進(jìn)行濾波。文章給出了一個有源倍頻器設(shè)計實例，并且用安捷倫公司的ADS 軟件進(jìn)行仿真優(yōu)化，通過對仿真優(yōu)化的曲線、參數(shù)進(jìn)行比較分析，得出最合適的結(jié)果最終完成了仿真測試。關(guān)鍵字：ADS 有源倍頻器 FETAbstract： The article mainly elaborated the design which has used the ADS software to make one kind of the active frequency multiplier based on GaAs FET. First has outlined the FET

3、 frequency multiplier principle and various part of function significance, then introduced the design method. This design method has inferred the direct-current bias electric current formula first，and prove the relation of current pulse time and the breakover angle，then determination suitable cocurr

4、ent bias，begins to match the fundamental research and to unify the example again to carry on the input output to the electric circuit the match，then add parallel coupling filter according to the filter theory and the practical application design to carry on the filter. The article has given an examp

5、le of active frequency multiplier design，And make simulation and optimization software with the Agilent ADS，Through the comparative analysissimulation of optimizes curve and parameter，obtain the most appropriate result to complete the simulation test finally. Key words：ADS Active frequency multiplie

6、r FET目錄第1章 引言11.1 倍頻器概述11.2 倍頻器分類比較11.3 倍頻器實現(xiàn)途徑2第2章 設(shè)計原理42.1 確定適合的靜態(tài)工作點42.2 具體電路的設(shè)計5 阻抗匹配6 濾波器7 濾波器設(shè)計7第3章 仿真設(shè)計實例93.1 直流偏置電路設(shè)計93.2 輸入匹配電路的設(shè)計113.3 輸出匹配電路的設(shè)計143.4 濾波器設(shè)計15 低通原型濾波器16 微帶濾波器183.5 結(jié)合目標(biāo)對電流輸入輸出再次進(jìn)行優(yōu)化22第4章 電路制作及其測試244.1 倍頻器裝配244.2 倍頻器測試25第5章 結(jié)論26致謝27參考文獻(xiàn)28第1章 引言1.1 倍頻器概述微波倍頻器是一種基本的微波電路。所謂倍頻器是指

7、能完成輸入信號頻率倍增功能的電子設(shè)備。原則上，非線性器件都能實現(xiàn)倍頻，而利用半導(dǎo)體器件的非線性實現(xiàn)的倍頻，即稱為固態(tài)倍頻器。當(dāng)用一個正弦信號激勵非線性器件時，便會在基頻的諧波頻率上產(chǎn)生功率。倍頻電路的作用就是有效提取其中所需要的諧波信號，而將其基頻和不需的諧波加以抑制。倍頻器具有以下特點和應(yīng)用:a)降低電子設(shè)備的主振頻率。這對于那些工作頻率較高而對穩(wěn)定性要求又較嚴(yán)格的通信機和高頻設(shè)備極為重要，因為晶振的頻率越高，相對頻率穩(wěn)定度就越低。為了解決固態(tài)發(fā)信機中高的穩(wěn)定度和高的輸出頻率之間的矛盾，常在主振級和輸出級間采用多次倍頻的技術(shù)。b)擴(kuò)展工作頻段。在電子對抗中需要寬頻帶的干擾和反干擾收、發(fā)設(shè)備，

8、若用一個振蕩器難以使它覆蓋一個倍頻程的頻段，而采用倍頻方式卻能做到一個或多個倍頻程的工作帶寬。因此在電子設(shè)備中倍頻成為很重要的一種技術(shù)手段。c)對于調(diào)相或調(diào)頻發(fā)射機，利用倍頻器可以加深調(diào)制度，以獲得大的相移或頻移。d)由于倍頻器容易產(chǎn)生激勵信號的各次諧波頻率，所以倍頻器成為頻率合成器中不可缺少的一部分。e)利用倍頻，可以制成毫米波、亞毫米波固態(tài)源，它們在射電天文、毫米波通信、雷達(dá)、軍事偵察、監(jiān)視、制導(dǎo)等方面得到廣泛的應(yīng)用。1.2 倍頻器分類比較固態(tài)倍頻器按其倍頻次數(shù)的高低可分為兩類: 一類是低次倍頻器。單級倍頻次數(shù)通常不超過5。這類倍頻器是通過電容呈非線性變化的功率變?nèi)莨茏饔没蚓w三極管C類放

9、大的非線性阻抗實現(xiàn)的。它的倍頻效率較高(二極管二倍頻效率在50%以上，三倍頻可達(dá)40%)，輸出功率較大。但是隨著倍頻次數(shù)增加，倍頻效率和輸出功率將迅速降低。如需高次倍頻，必須做成多級倍頻鏈，使其中每一級仍為低次倍頻。另一類是高次倍頻器。單級倍頻次數(shù)可達(dá)1020以上，倍頻器件使用階躍管，在高次倍頻時，其倍頻效率約為1/n，n為倍頻次數(shù)。因為倍頻次數(shù)高，故可由幾十兆赫茲的石英晶體振蕩器一級倍頻至微波，得到很穩(wěn)定的頻率輸出，但這種倍頻器輸出功率較小。倍頻器按其工作原理又可分為兩大類：一種是非線性電阻倍頻。這類倍頻器是利用雙結(jié)型晶體管、場效應(yīng)晶體管或二極管的非線性電阻效應(yīng)把大幅度正弦波變成電流脈沖，再

10、用選頻回路將所需要的諧波選出，以完成倍頻作用。另一種非線性電抗倍頻，亦稱為“參量倍頻”。其一是利用PN 結(jié)(或金屬一半導(dǎo)體結(jié))電容的非線性變化得到輸入信號的諧波，經(jīng)濾波器選出需要的頻率.變?nèi)荻O管倍頻器、階躍二極管倍頻器以及利用集電極非線性效應(yīng)做成的三極管倍頻器都是非線性電容構(gòu)成的倍頻器;其二是利用非線性電感構(gòu)成的倍頻器。如利用雪崩二極管雪崩渡越效應(yīng)引起的非線性電感實現(xiàn)的倍頻。對各種倍頻類型的倍頻器進(jìn)行綜合比較如下:1)、非線性電阻元件倍頻器會帶來能量損耗，所以倍頻效率較低，尤其進(jìn)行高次倍頻時，轉(zhuǎn)換效率會明顯下降。對于二極管阻性倍頻器來說，它的倍頻效率將與 nZ成反比，但非線性電阻元件倍頻輸出

11、頻率帶寬比較寬，有梁式引線結(jié)構(gòu)，便于集成，這是目前還在應(yīng)用的原因之一。2)、非線性電抗元件倍頻，能使倍頻效率提高，特別是有利于高次倍頻。如果忽略變?nèi)莨艿膿p耗電阻R，理論上倍頻效率可達(dá)100%，很適合用作高次倍頻器。實際上，變?nèi)莨芸偸谴嬖趽p耗電阻的，倍頻效率不可能達(dá)到100%，但由于它的倍頻電阻很小，仍然可以獲得較高的倍頻效率。3)、三端器件的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)和輸出電導(dǎo)的非線性也可以實現(xiàn)倍頻，其突出優(yōu)點是能在一定的寬頻帶范圍內(nèi)實現(xiàn)倍頻增益，單向性能好，可以在輸入、輸出之間提供有效的隔離，并且電路較穩(wěn)定。4)、其他新型器件的倍頻器，如二極管高功率倍頻器、共振隧道效應(yīng)二極管倍頻器、準(zhǔn)光倍頻器，但這些倍頻器應(yīng)

12、用不多。1.3 倍頻器實現(xiàn)途徑實現(xiàn)倍頻是以電路的非線性現(xiàn)象為基礎(chǔ)，電路的非線性現(xiàn)象可分為電阻非線性和電抗非線性。電阻非線性則電阻可變，即直流電流與電壓之間具有非線性靜態(tài)關(guān)系，例如PN結(jié)就呈現(xiàn)這種特性，雙極晶體管和砷化嫁場效應(yīng)晶體管 GaAsFET也均可用作非線性電阻微波倍頻器件。經(jīng)典的非線性電抗微波器件是變?nèi)荻O管和階躍恢復(fù)二極管，前者的耗盡層電容與外加電壓大小有關(guān)，在負(fù)偏壓作用下呈現(xiàn)高Q非線性電抗，后者的非線性來自擴(kuò)散電容。二者的根本機理都是電荷與電壓的非線性關(guān)系。原則上，各種非線性器件如非線性電阻、電感或電容等，都可以實現(xiàn)微波倍頻器倍頻。一般其倍頻實現(xiàn)途徑有以下7種方法:1、用二極管PN結(jié)

13、的靜態(tài)非線性V一I關(guān)系，即非線性電阻產(chǎn)生諧波;2、用變?nèi)荻O管的非線性電抗實現(xiàn)參量倍頻;3、用階躍恢復(fù)二極管產(chǎn)生諧波，做高次倍頻;4、用寬帶單片放大器的非線性產(chǎn)生諧波，并放大諧波構(gòu)成寬帶倍頻器;5、用 GaAsFET管得到具有增益的倍頻器;6、用雙極晶體管的非線性，即C類放大器產(chǎn)生諧波，同時還有增益;7、振蕩器被注入鎖定在基準(zhǔn)頻率的N次諧波上，實現(xiàn)倍頻。目前, 在頻率較低一般在波段以下、倍頻次數(shù)不是很高的場合, 人們常采用晶體管有源倍頻來實現(xiàn), 而在頻率較高時往往采用變?nèi)荻O管或是階躍恢復(fù)二極管等無源電路隨著截止頻率很高的各種場效應(yīng)管的出現(xiàn), 人們對利用場效應(yīng)管的非線性來實現(xiàn)次數(shù)較低的倍頻電路

14、表現(xiàn)出極大的興趣。在三端非線性電阻倍頻器中，把輸出電路調(diào)諧在輸入頻率的N 次諧波時，可實現(xiàn)有增益的倍頻。場效應(yīng)管(FET)寬帶有源倍頻器的實現(xiàn)不僅降低了產(chǎn)生信號的技術(shù)難度，噪聲小，溫度穩(wěn)定性高。并且由于采用FET器件倍頻，利用非線性電阻產(chǎn)生諧波，單向性及隔離度好，放大級數(shù)少，且有增益，同時提供較高的效率和較寬的工作頻率，對輸入功率要求較低，減小了設(shè)備體積。但目前倍頻器較流行的應(yīng)用是單頻或窄帶信號的上變頻，而寬帶信號的應(yīng)用較少。利用二極管實現(xiàn)的倍頻器件本身不產(chǎn)生額外能量(無源的)，僅僅是把輸入信號能量的一部分轉(zhuǎn)化成所需頻率的信號能量輸出，因此其倍頻效率是極低的，存在著較大的倍頻損耗，并且需要較高

15、的輸入功率電平。而采用有源微波晶體場效應(yīng)管的非線性跨導(dǎo)來實現(xiàn)倍頻，由于場效應(yīng)晶體管在利用非線性跨導(dǎo)的同時，把一部分直流能量轉(zhuǎn)化成信號能量輸出，從而可以提高倍頻效率。與無源倍頻器相比，有源倍頻器的優(yōu)點是不需要空閑電路，輸入功率要求低，倍頻損耗比較小，倍頻效率高，工作頻段較寬，溫度穩(wěn)定性好，可以產(chǎn)生倍頻增益。隨著固態(tài)器件與電路的發(fā)展，出現(xiàn)了截止頻率很高(幾十到幾百個GHZ)的微波晶體場效應(yīng)管、高電子遷移率晶體管(HEMT)以及異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)等的新型器件，使得其應(yīng)用范圍也從微波向毫米波、亞毫米波等方面擴(kuò)展。與無源倍頻電路相比，有源倍頻電路具有很大的優(yōu)勢，這也就使得其更加適合于現(xiàn)代小型的超

16、高速集成電路和微波毫米波集成電路的發(fā)展趨勢。本文介紹了一種倍頻器設(shè)計方法。本設(shè)計方法基于容易獲得的場效應(yīng)管S 參數(shù)和FET大信號模型, 在一定的約束條件下采用單向化設(shè)計, 實現(xiàn)輸入輸出的共扼匹配, 從而獲得最大的倍頻增益和對無用諧波分量的最大抑制度。第2章 設(shè)計原理如下圖1 所示為有源倍頻匹配的原理框圖。該倍頻器由GaAs 管，基波匹配電路，輸出匹配電路，以及一個帶通濾波器組成。圖1 有源倍頻器原理圖2.1 確定適合的靜態(tài)工作點所謂靜態(tài)工作點就是輸入信號為零時，電路處于直流工作狀態(tài)，這些直流電流、電壓的數(shù)值在三極管特性曲線上表示為一個確定的點，設(shè)置靜態(tài)工作點的目的就是要保證在被放大的交流信號加

17、入電路時，不論是正半周還是負(fù)半周都能滿足發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置的三極管放大狀態(tài)。可以通過改變電路參數(shù)來改變靜態(tài)工作點，這就可以設(shè)置靜態(tài)工作點。若靜態(tài)工作點設(shè)置的不合適，在對交流信號放大時就可能會出現(xiàn)飽和失真（靜態(tài)工作點偏高）或截止失真（靜態(tài)工作點偏低）。如圖2示出了FET倍頻器電路，其中的FET是理想的。圖中在該電路的輸入端，除諧振電路的激勵頻率外，其它頻率上FET的柵極是 呈短路的;該電路輸出諧振電路要調(diào) 圖2 理想FET倍頻器諧于激勵頻率的第n階諧波，除了輸出頻率外，在其它所有諧波和基波上漏極是處于短路狀態(tài)的。圖3 理想FET倍頻器中的電流與電壓波形由于輸出諧振電路調(diào)諧于第n階諧波

18、而其它諧波電壓分量為零，漏極電路u(t)是一個頻率為，的正弦波。為了獲得高效率和大輸出功率，漏電壓必須在Vmax和Vmin之間變化，Vmin是柵極電壓為最大值Vgmax時的漏極I/V曲線膝點處的漏極電壓值。柵極電壓在Vgmax(不能超過0.5V)至2Vgg一Vgmax之間變化。漏極電流峰值為Imax，電流脈沖持續(xù)時間為t。(T/2，T為激勵信號頻率的周期).如果取t。=0的點所對應(yīng)的電流為大，則電流的傅氏級數(shù)表達(dá)式中僅含余弦項: （2-1）當(dāng)N1時，系數(shù)為: （2-2）當(dāng)N=O時: （2-3）如果，則式與n無關(guān)，因此： （2-4）用于產(chǎn)生諧波頻率的FET器件存在幾種非線性：接近夾斷點的跨導(dǎo)，接

19、近夾斷點的輸出電導(dǎo)，肖特基柵極的整流特性和再柵極以及漏極之間的類變?nèi)莨?。對于倍頻器的工作，在這些非線性中，最常用的是整流特性，此時FET偏置為只使輸入信號波形的正半周導(dǎo)通。因此必須是工作點位于飽和區(qū)。為了使FET倍頻器實現(xiàn)最大輸出功率和效率，必須使第n次諧波的電流為最大。根據(jù)常用表格得到導(dǎo)通角即可確定 。電流脈沖持續(xù)時間與導(dǎo)通角存在著如下關(guān)系： （2-5）2.2 具體電路的設(shè)計：2.2.1 阻抗匹配阻抗匹配（Impedance matching）是微波電子學(xué)里的一部分，主要用于傳輸線上，來達(dá)至所有高頻的微波信號皆能傳至負(fù)載點的目的，不會有信號反射回來源點，從而提升能源效益。阻抗匹配是指負(fù)載阻抗

20、與激勵源內(nèi)部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。對于不同特性的電路，匹配條件是不一樣的。在純電阻電路中，當(dāng)負(fù)載電阻等于激勵源內(nèi)阻時，則輸出功率為最大，這種工作狀態(tài)稱為匹配，否則稱為失配。² 負(fù)載阻抗等于信源內(nèi)阻抗，即它們的模與輻角分別相等，這時在負(fù)載阻抗上可以得到無失真的電壓傳輸。² 負(fù)載阻抗等于信源內(nèi)阻抗的共軛值，即它們的模相等而輻角之和為零。這時在負(fù)載阻抗上可以得到最大功率。這種匹配條件稱為共軛匹配。如果信源內(nèi)阻抗和負(fù)載阻抗均為純阻性，則兩種匹配條件是等同的。當(dāng)激勵源內(nèi)阻抗和負(fù)載阻抗含有電抗成份時，為使負(fù)載得到最大功率，負(fù)載阻抗與內(nèi)阻必須滿足共扼關(guān)系，即電阻成

21、份相等，電抗成份絕對值相等而符號相反。這種匹配條件稱為共扼匹配。在信號源給定的情況下，輸出功率取決于負(fù)載電阻與信號源內(nèi)阻之比K，當(dāng)兩者相等，即K=1時，輸出功率最大。然而阻抗匹配的概念可以推廣到交流電路，當(dāng)負(fù)載阻抗與信號源阻抗共軛時，能夠?qū)崿F(xiàn)功率的最大傳輸，如果負(fù)載阻抗不滿足共軛匹配的條件，就要在負(fù)載和信號源之間加一個阻抗變換網(wǎng)絡(luò)，將負(fù)載阻抗變換為信號源阻抗的共軛，實現(xiàn)阻抗匹配。由于高頻功率放大器工作于非線性狀態(tài)，所以線性電路和阻抗匹配（即：負(fù)載阻抗與電源內(nèi)阻相等）這一概念不能適用于它。因為在非線性（如：丙類）工作的時候，電子器件的內(nèi)阻變動劇烈：通流的時候，內(nèi)阻很??；截止的時候，內(nèi)阻接近無窮大

22、。因此輸出電阻不是常數(shù)。所以所謂匹配的時候內(nèi)阻等于外阻，也就失去了意義。因此，高頻功率放大的阻抗匹配概念是：在給定的電路條件下，改變負(fù)載回路的可調(diào)元件，使電子器件送出額定的輸出功率至負(fù)載。這就叫做達(dá)到了匹配狀態(tài)。為什么要阻抗匹配?簡而言之是因為傳輸線在特征阻抗變化的地方(如信號線寬變化、換層)會發(fā)生反射。具體分析如下：反射源端與負(fù)載端阻抗不匹配會引起傳輸線上信號反射，負(fù)載將一部分電壓反射回源端。只要負(fù)載阻抗的大小不等于特征阻抗的大小，就會發(fā)射信號反射，稱之為阻抗控制失配現(xiàn)象。當(dāng)負(fù)載阻抗大于特征阻抗時，電壓信號發(fā)生正向反射，電流信號發(fā)生負(fù)向反射；反之，當(dāng)負(fù)載阻抗小于特征阻抗時，電壓信號發(fā)生負(fù)向反

23、射，電流信號發(fā)生正向反射。事實上當(dāng)布線的幾何形狀、不正確的線端接、經(jīng)過連接器的傳輸及電源平面的不連續(xù)等因素的變化均會導(dǎo)致此類反射。傳輸線上的阻抗不連續(xù)會導(dǎo)致信號反射，如右圖中理想傳輸線被內(nèi)阻為的數(shù)字信號驅(qū)動源驅(qū)動， 傳輸線的特征阻 圖4 傳輸線與負(fù)載阻抗模型抗為，負(fù)載阻抗為。當(dāng)時，傳輸線的阻抗是連續(xù)的，不會發(fā)生任何反射。當(dāng)時，傳輸線的阻抗是不連續(xù)的，會發(fā)生信號反射。傳輸線阻抗分為2種：微帶線(microstrip)和帶狀線(stripline)。微帶線阻抗近似計算公式：（2-6）其中：Z為微帶線的阻抗 為電介質(zhì)的介電常數(shù)；t為傳輸線的厚度(1 oz=1.5mil)；為傳輸線的寬度(mil)；h

24、為電介質(zhì)絕緣層的厚度(mil)。帶狀線阻抗近似計算公式：（2-7）其中：z為帶狀線的阻抗，為電介質(zhì)的介電常數(shù)；t為傳輸線的厚度(1 OZ= 15 mil)；為傳輸線的寬度(mil)；h為電介質(zhì)絕緣層的厚度(mil)；b為兩地層(GND)間的距離(mil)。輸入匹配設(shè)計：使源阻抗在基波頻率處和FET 的輸入阻抗共軛匹配。倍頻器輸入電路應(yīng)在基頻上與器件匹配，以保證輸入信號源向器件提供最大輸入功率。輸入匹配電路的作用就是對基波的匹配和對二次諧波的反射。輸出匹配設(shè)計：使輸出阻抗與負(fù)載阻抗在需要的諧波頻率處共軛匹配。輸出電路則應(yīng)在上與器件匹配并對四次諧波以外的所有頻率予以抑制，以便獲得最大的四次諧波輸出

25、功率。即通過對輸入輸出的共軛匹配，來獲得最大的倍頻增益和對無用諧波分量的最大抑制度。理想情況下，在所有不希望的諧波上呈現(xiàn)到器件端的輸入和輸出阻抗都應(yīng)保持電抗特性，以避免其內(nèi)部出現(xiàn)功率耗散。2.2.2 濾波器微波濾波器的結(jié)構(gòu)類型繁多，設(shè)計方法各異，但適合微帶結(jié)構(gòu)的微波濾波器并不太多，這是因為，微帶結(jié)構(gòu)是個平面電路，中心導(dǎo)帶必須制作在一個平面基片上，這樣所有的具有串聯(lián)短截線的濾波器都不能用微帶結(jié)構(gòu)來實現(xiàn);其次，在微帶結(jié)構(gòu)中短路端不易實現(xiàn)和精確控制，因而所有具有短路短截線和諧振器的濾波器也不太適宜于微帶結(jié)構(gòu)。所以由于微帶線本身的局限性，適合微帶結(jié)構(gòu)的帶通濾波器結(jié)構(gòu)不是太多，可用作微帶線帶通濾波器的主

26、要電路結(jié)構(gòu)如圖4所示：圖5 幾種常見的微帶帶通濾波電路結(jié)構(gòu)形式圖5中(a)所示的電容間隙耦合濾波器，它的帶寬較窄，在微波低端顯得太長，不夠緊湊，在 2GHz以上有輻射損耗，一般很少采用這種結(jié)構(gòu)。上圖(b)所示的耦合微帶線帶通濾波器，它也是個窄帶濾波器，有5%到25%的相對帶寬，能夠精確設(shè)計，是目前工程上經(jīng)常采用的一種帶通濾波器。但其在微波低端，顯得過長，結(jié)構(gòu)不夠緊湊，在頻段較寬時，耦合間隙較小，實現(xiàn)比較困難。上圖(c)所示的發(fā)夾線帶通濾波器，它是把耦合微帶線折疊成發(fā)夾形式而成。這種濾波器由于容易激起表面波，性能不夠理想，故常把它與耦合線振蕩器混合來用，以防止表面波的直接禍合。這種濾波器的精確設(shè)

27、計比較困難。上圖(d)所示的1/4波長短路短截線濾波器和上圖(e)所示的半波長開路短截線濾波器，兩者通帶特性相差不多，但阻帶特性卻大不一樣。上圖(d)在w=0和2w等處是個極點，而上圖(e)在在w=0和2w等處是個零點。這種濾波器是個寬帶濾波器，帶寬約為一個倍頻程。用這種濾波器結(jié)構(gòu)作為窄帶濾波器，則各短截線的特性阻抗相差不大，不易實現(xiàn)。濾波器的技術(shù)指標(biāo)通常有以下幾項：1)截止頻率：對于低通和高通濾波器而言，一般指衰減增加到某一確定的值時的頻率，如增加3dB時的角頻率，也就是通過濾波器的能量衰減50時對應(yīng)的角頻率，它處于通帶和阻帶過渡的區(qū)域，稱為3dB截止頻率；2)頻率范圍和帶寬BW：對于帶通和

28、帶阻濾波器而言，也指衰減加大到某一確定值時的頻率范圍，如稱為3dB通帶帶寬或3dB阻帶帶寬；3)通帶內(nèi)最大衰減：由于理想濾波器帶內(nèi)衰減為零不可能實現(xiàn)，一般可規(guī)定通帶內(nèi)最大衰減不能超過，它包括濾波器的吸收衰減和反射衰減，其數(shù)值越小性能越好。對于無耗濾波器，也常用通帶內(nèi)最大駐波比（VSWR）表示；4)帶外衰減：由于理想濾波器帶外衰減無窮大不可能實現(xiàn)，一般可以規(guī)定在某一帶外頻率下，最小衰減不能小于要求值；5)波紋：指通帶內(nèi)信號的平坦程度，即通帶內(nèi)最大衰減與最小衰減之間的差別，一般用dB表示；6)形狀系數(shù)：是描述濾波器頻率響應(yīng)曲線形狀的一個參量，一般定義為： （2-8）7)寄生通帶：在微波濾波器中，由

29、于元件分布參數(shù)的影響，其頻響可能是周期的，因而可能在設(shè)計好的通帶之外又產(chǎn)生了額外通帶，稱為寄生通帶，設(shè)計中應(yīng)盡量避免其落入意圖截止頻率范圍；8)插入相移和時延頻率特性：濾波器插入相移隨頻率的變化特征稱為相移的頻率特性，而插入相移與頻率的比，稱為濾波器網(wǎng)絡(luò)的時延： （2-9）本身也是頻率的函數(shù)，其隨頻率變化特性稱為時延的頻率特性，而稱為群時延： （2-10）2.2.3 濾波器設(shè)計：對于一個性能良好的微波濾波器，一方面要求通帶衰減盡可能小，阻帶衰減盡可能大，亦即通帶和阻帶的衰減差值要盡量大;另一方面要求通帶和阻帶之間的衰減的變化盡可能快，最好是陡峭的跳變，使阻帶和通帶的分隔十分明顯。但是這兩方面的

30、要求往往是相互沖突、相互矛盾的。微帶濾波器的設(shè)計方法一般是采用原型電路綜合設(shè)計法，其主要有如下幾個設(shè)計步驟:1、使用綜合設(shè)計技術(shù)，按所希望的通帶特性來設(shè)計原型低通濾波器。所謂綜合設(shè)計方法，就是全面綜合上述的矛盾，將指標(biāo)予以合理分配，從而以最合理的方法解決濾波器設(shè)計的這對矛盾。目前最常用的綜合設(shè)計法為最大平坦度設(shè)計法和契比雪夫設(shè)計法。所謂的原型電路就是以L、C作為元件的集中參數(shù)低頻電路，其中L、C的數(shù)值都根據(jù)對濾波器一定的指標(biāo)要求，以不同的綜合設(shè)計方法求得，由此得出一系列規(guī)格化的元件數(shù)值并列成表格，即原型電路元件參數(shù)。2、通過原型網(wǎng)絡(luò)頻率變換，將低通原型濾波器變換為高通、帶通和帶阻濾波器形式。3

31、、用微帶分布參數(shù)電路實現(xiàn)響應(yīng)的微波網(wǎng)絡(luò)。在進(jìn)行具體濾波器設(shè)計時，不必每次進(jìn)行計算，而只需要根據(jù)一定的變換關(guān)系把原型電路參數(shù)轉(zhuǎn)化為實際濾波器的元件值，即具體實現(xiàn)了微波濾波器。應(yīng)用這樣的方法，原型電路的元件參數(shù)已經(jīng)通過綜合設(shè)計而達(dá)到了“最佳化”，而且設(shè)計參數(shù)均己“規(guī)格化”，只需要得出原型濾波器和實際濾波器之間的變換關(guān)系，就可以設(shè)計各種所需的濾波器。對于帶通濾波器，其濾波元件已經(jīng)不是L或C，而是諧振元件(相應(yīng)于集中參數(shù)的L、C并聯(lián)或串聯(lián)諧振電路)。這樣就會給帶通濾波器在微波傳輸線結(jié)構(gòu)上的具體實現(xiàn)帶來了困難。應(yīng)用倒置轉(zhuǎn)換器可以將串并聯(lián)混合電路轉(zhuǎn)化成諧振元件全部串聯(lián)或全部并聯(lián)，并且它們之間彼此隔開的等效

32、電路。一個全部由串聯(lián)元件或由并聯(lián)元件組成但中間隔開/4傳輸線的濾波器，可完全等效成標(biāo)準(zhǔn)形式的串并聯(lián)濾波電路。平行耦合線濾波器可實現(xiàn)的相對帶寬，若采用窄帶近似設(shè)計方法最窄可到2-3%，最寬可到2025%;我們設(shè)計的濾波器通帶范圍為16.525GHz帶寬為40%左右，所以要采用寬帶近似設(shè)計方法，這些設(shè)計方法相對帶寬可達(dá)60%，只是設(shè)計過程很復(fù)雜，有二種寬帶平行耦合線帶通濾波器的設(shè)計方法:耦合線節(jié)級聯(lián)直接設(shè)計方法。這種設(shè)計方法不必應(yīng)用低通原型濾波器元件值，可以采用各諧振器尺寸均勻并且等寬的結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)設(shè)計方法簡便，適用于相對帶寬范圍較寬(3080%)，而且可以采用全等寬耦合線，濾波器結(jié)構(gòu)簡單。我們按

33、照這種思想設(shè)計了寬帶全等寬平行耦合線帶通濾波器。本文濾波器的設(shè)計要濾掉除4 次諧波以外的基波和其他各次諧波。濾波器采用微帶電路來實現(xiàn)，通過ADS仿真軟件設(shè)計微帶帶通濾波器是一種適宜的選擇。在濾波器的選擇過程中，由于交指濾波器的寄生通帶特性較佳，其寄生通帶出現(xiàn)在主通帶中心頻率的3倍附近，離主通帶較遠(yuǎn)，考慮到對諧波的抑制，寄生通帶離主通帶越遠(yuǎn)越好，故采用交指濾波器。交指型帶通濾波器是由兩組平行耦合線諧振器相互交叉組成，每個指長度約/4。這種濾波器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，制造容易，阻帶特性較好。第3章 仿真設(shè)計實例本文設(shè)計了一個基于GaAs 管的四倍頻有源倍頻器，輸入信號為4GHz，輸出為16GHz。選用

34、的GaAs 管為NEC 公司的中功率放大管NE900175，根據(jù)倍頻器非線性的需要選定工作點為Vd=2.4 V，Vg=-3.5 V。采用的微波基板介電常數(shù)為10.2，厚度0.635mm。3.1 直流偏置電路設(shè)計偏置電路是保證三極管正常工作而為基極提供適當(dāng)?shù)碾娏鞯碾娐?。因為要使晶體管處于放大狀態(tài)，其基極-射極之間的PN結(jié)應(yīng)該正偏，集電極-基極之間的PN結(jié)應(yīng)該反偏。因此，設(shè)置晶體管基射結(jié)正偏、集基結(jié)反偏，使晶體管工作在放大狀態(tài)的電路，簡稱為偏置電路（可以理解為設(shè)置正反偏的電路）。直流偏置電路設(shè)計：對此部分單獨進(jìn)行優(yōu)化再加入整個電流中，優(yōu)化的目的是使直流偏置電路對信號的影響較小。優(yōu)化時，保持高低阻抗

35、線的特性阻抗不變，即高低阻抗線寬度不變，而是通過優(yōu)化其阻抗線的長度使直流偏置電路對輸入基波頻率f0 呈開路狀態(tài)。同時，使輸出的直流偏置對輸出諧波頻率呈開路狀態(tài)。利用ADS軟件對直流偏置電路進(jìn)行仿真設(shè)計，這里用到FET-cyrve-tracer原理圖模板：在原理圖編輯器窗口中，執(zhí)行菜單命令【Insert】-【Template】選擇“FET-curve-tracer”模板，如圖6所示。圖6 FET-curve-tracer原理圖模板在模板中添加FET器件，搭建偏執(zhí)電路圖。并仿真得到V-I曲線圖。圖7 元器件庫圖8 直流偏置電路及其特性從圖7中可以得到Imax約等于230 mA，選取3 V左右，為5

36、 V，導(dǎo)通角 取63°(由/T= / 得到)，取這個角度的原因是此時二次諧波輸出最大。在實際工程應(yīng)用中可以通過試驗進(jìn)行微調(diào)，以達(dá)到最佳的倍頻效果。有關(guān)資料已證明倍頻器中的雜散和相噪均按變壞，在工程實踐中也完全證明了這一點。倍頻器的附加相噪并不大。當(dāng)輸入相噪很低，即輸入信噪比很高時，對輸入信號處理不當(dāng)會使相噪變壞。由于輸出信號的最大功率對應(yīng)一個最佳輸入信號功率，所以在實際的調(diào)試工作中，通過對輸入信號功率的反復(fù)測定可以得到這個最佳的輸入信號功率。3.2 輸入匹配電路的設(shè)計使源阻抗在基波頻率處和FET 的輸入阻抗共軛匹配。倍頻器輸入電路應(yīng)在基頻上與器件匹配，以保證輸入信號源向器件提供最大輸

37、入功率。輸入匹配電路的作用就是對基波的匹配和對二次諧波的反射。利用ADS軟件設(shè)計輸入匹配電路原理圖并對其進(jìn)行仿真。首先在原理圖中插入s-params模塊如圖9所示:圖9 S-params模塊在原理圖中加入元器件“MSUB”和元器件“SSMtch” ，并設(shè)置微帶基本參數(shù)。圖10 MSub的參數(shù)設(shè)置圖11 輸入匹配電路原理圖圖12 輸入匹配電路和結(jié)果3.3 輸出匹配電路的設(shè)計如2調(diào)用“S-Params”模塊，設(shè)置MSub參數(shù)，如圖13所示圖13 輸出匹配電路MSub參數(shù)設(shè)置圖14 輸出匹配電路原理圖圖15 輸出匹配電路和結(jié)果3.4 濾波器設(shè)計微波帶通濾波器是一種被廣泛研究的微波濾波器類型，它的品種

38、繁多，性能各異，是現(xiàn)代電子系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一。微帶線型濾波器是一種分布參數(shù)濾波器，它是由微帶線或耦合微帶線組成，具有體積小、重量輕、價格低、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，在微波工程中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。為設(shè)計出符合要求的帶通濾波器結(jié)構(gòu), 以往的設(shè)計過程設(shè)計者需要進(jìn)行很大的計算和查表工作量, 因為微帶濾波器電路考慮的是分布參數(shù)。而且也無法驗證結(jié)構(gòu)參數(shù)的正確性以及精確性，所以如果調(diào)試目標(biāo)板不理想的話就得重新估算，重新考慮微帶邊緣的修正問題。這樣反復(fù)進(jìn)行試驗，延長了設(shè)計周期，同時也增加了成本?，F(xiàn)在我們利用微波仿真軟件ADS, 使用軟件自帶的耦合微帶傳輸線計算器來進(jìn)行計算，對得出的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，并且對其不

39、理想的地方進(jìn)行優(yōu)化處理。這樣顯然減少了大量繁瑣的計算，使得微帶耦合濾波器的設(shè)計變得簡單、精確。3.4.1 低通原型濾波器集總元件低通原型濾波器是用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)綜合法設(shè)計微波濾波器的基礎(chǔ)，各種低通、高通、帶通、帶阻微波濾波器，其傳輸特性大都根據(jù)此原型特性推導(dǎo)出來的，這樣更使微波濾波器的設(shè)計得以簡化，精度得以提高。低通原型濾波器梯形電路結(jié)構(gòu)見圖16 （b）圖16 低通原型濾波器電路結(jié)構(gòu)上圖兩者都可以用作低通原型濾波器，其響應(yīng)相同。由于該電路是可逆的，故可以把左邊的電阻看成信號源內(nèi)阻，也可以把右邊的電阻看成信號源的內(nèi)阻。等波紋濾波器的設(shè)計思想就是用切比雪夫多項式來描述濾波器插入損耗的函數(shù)特征：(3-1、

40、2、3)那么，在-1 1 內(nèi)，即切比雪夫通帶內(nèi)波紋的幅度就可以根據(jù)上面兩式適當(dāng)選擇a來控制。顯然， =1 時，通帶內(nèi)的最大衰減是: (3-4)即此時 (3-5)為波紋指標(biāo)，通帶內(nèi)的波紋越大則通帶到阻帶的過渡就越陡峭。即波紋大小與陡峭是沖突的，應(yīng)當(dāng)在滿足帶外衰減的基礎(chǔ)上合理的選擇a 的值，使波紋盡可能的小。當(dāng)知道濾波器的帶外截止衰減時，我們可以計算出低通原型所需的元件數(shù)。此時滿足關(guān)系式： (3-6)將式(3-3)代入上式不等式，可得到： （3-7）所需濾波器階數(shù)為N=n+1.其中為截止邊頻 的歸一化頻率。上兩式中為中心頻率，與上下通帶邊頻、關(guān)系為： (3-8)根據(jù)式(3-7)可以發(fā)現(xiàn)，濾波器的階

41、數(shù)跟截止頻率的衰減度以及通帶內(nèi)的波紋指數(shù)有關(guān)。其關(guān)系是當(dāng)在一定的階數(shù)即 N 不變時，通帶內(nèi)的波紋越大，其截止頻率處的衰減度就越大；反之衰減度就越小。當(dāng)然要使在截止頻率處的衰減度加大時，我們可以通過增加濾波器的階數(shù)來滿足。當(dāng)確定好所設(shè)計濾波器的階數(shù)以及波紋指標(biāo)，就可以根據(jù)切比雪夫元件值表查出元件的歸一化值，如表1 所示。表 1 波紋指數(shù)0.1dB 的N(1-9)階元件值表3.4.2 微帶濾波器在微波電路中，微帶傳輸線其實就是個分布參數(shù)電路，常用微帶結(jié)構(gòu)來模擬集總元件電感和電容，以實現(xiàn)所需的微波電路。我們利用平行耦合線構(gòu)成的倒置轉(zhuǎn)換器電路J 來實現(xiàn)電路中諧振電路的并聯(lián)耦合，圖16a 經(jīng)變換后的電路

42、如圖17 為只含并聯(lián)電感的低通原型，反之對圖16b 可變換成只有串聯(lián)電感的低通原型。圖17 只含一種元件的低通原型由低通原型濾波器得到變形低通原型濾波器后，再利用帶通濾波器與低通原型的頻率變換關(guān)系，將變形低通電路中的并聯(lián)電容C(或串聯(lián)電感L)變換成帶通濾波器的并聯(lián)諧振電路(或串聯(lián)諧振電路)如圖18所示，便構(gòu)成了微波帶通濾波器的等效電路。圖18 含倒置轉(zhuǎn)換器電路J 的等效低通原型濾波器顯然，用半波長來代替諧振電路，再通過微帶間的耦合，即轉(zhuǎn)換器，來實現(xiàn)微帶帶通濾波器。微帶濾波器的指標(biāo)為：通帶頻率5.96.1GHz,通帶內(nèi)波紋指數(shù)為0.1dB，阻帶邊頻6 ± 0.3GHz外衰減大于30dB

43、。則為我們根據(jù)式(3-7)得具有0.1波紋的5階切比雪夫濾波器的元件參數(shù)為= 1； = 1.1468; = 1.3712; = 1.9750,再利用公式（3-9）計算出奇偶模特性阻抗得計算結(jié)果如表2。 （3-9a） （3-9b）表2 奇偶模特性阻抗值這樣，可以利用ADS軟件Linecalc如圖19來計算微帶尺寸。圖19 ADS Linecalc模塊通過上面Linecalc計算，即可設(shè)計出微帶結(jié)構(gòu)帶電路，結(jié)構(gòu)如圖20中結(jié)構(gòu)所示。上面計算出來的微帶尺寸是非常不精確的，圖20是對其尺寸的仿真，可以看出仿真出來的通帶中心頻率與設(shè)計頻率有很大差別，中心頻率偏移到5.7GHz,這是由上面一系列的計算而導(dǎo)致

44、的誤差所造成的。為此，我們要借助軟件對其優(yōu)化。圖20 傳輸、反射系數(shù)曲線圖19所示分別為傳輸系數(shù)中心頻率曲線和反射系數(shù)中心頻率曲線，曲線的峰值和谷值處所對應(yīng)的坐標(biāo)橫軸均為通帶中心頻率，如圖看出中心頻率為5.7Ghz，與設(shè)計頻率有很大差別。ADS中優(yōu)化電路如圖21，因為單位耦合微帶線主要有三個因素即長度L，寬度W，和距離S。要想調(diào)整其中心頻率，我們可以改變參數(shù)S來進(jìn)行優(yōu)化，對于L和W，相對S來說影響不大。圖21 優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行多次優(yōu)化后達(dá)到了我們所需要的效果，相關(guān)傳輸系數(shù)和反射系數(shù)，以及群延時分別如圖22所示。圖22 S 參數(shù)及群延時如圖22可以看出進(jìn)過多次優(yōu)化仿真，與圖19相比由優(yōu)化后的原理

45、圖生成的版圖如圖23所示。接下來我們還可以對電路版圖進(jìn)行矩量法Momentum仿真。圖23 微帶版圖這種版圖的仿真是采用矩量法直接對電磁場進(jìn)行計算得出的, 可將其仿真作為對原理圖設(shè)計的驗證。但有時版圖仿真結(jié)果與原理圖仿真結(jié)果還是存在差異,那就得回到上一步對結(jié)構(gòu)參數(shù)再次進(jìn)行優(yōu)化, 直到版圖仿真結(jié)果滿意如圖24所示。圖24 微帶版圖仿真曲線（S21）利用ADS軟件來設(shè)計微帶帶通濾波器使設(shè)計的工作量大大減少，并且能夠提高精度和效率, 降低成本。但要設(shè)計出高性能的微帶帶通濾波器還需考慮更多的因素。3.5 結(jié)合目標(biāo)對電流輸入輸出再次進(jìn)行優(yōu)化本次設(shè)計的主要目標(biāo)是獲得一定功率的倍頻信號，以及輸出功率，同時對

46、不需要的二次諧波等和基波有一定的抑制。采用的仿真器為諧波平衡仿真器。圖25 為除去濾波器優(yōu)化的整個電流原理圖。圖25為16 GHz 處的輸出功率和倍頻增益，以及加入濾波器后輸入功率為10dBm 時的各次輸出諧波。（a）（b）圖25 輸出功率和倍頻增益以及各次諧波(Pin=10dBm)待優(yōu)化完成后生成印制電路板圖：圖26 優(yōu)化完成印制電路板圖芯片的射頻輸入、輸出端口己經(jīng)匹配到50歐姆，芯片與介質(zhì)基片之間的縫隙大約為50um，用長度為0.3llun的金絲來完成GaAs芯片的射頻輸入輸出口與50歐姆微帶電路的連接。第4章 電路制作及其測試由于條件限制，實驗室缺少相應(yīng)的微波器材，故無法做出倍頻器實物，

47、但了解到其制作過程及相關(guān)調(diào)試步驟。圖27 電路版圖立體圖4.1 倍頻器裝配實際電路制作中將基板被固定于一個屏蔽盒并且有兩個SMA 接頭用于輸入輸出。GaAs芯片的安裝主要有以下幾種：1、導(dǎo)電膠粘接技術(shù)導(dǎo)電膠技術(shù)的工藝性好，固化容易，固化物致密，粘接力強，但耐熱有限。導(dǎo)電膠的厚度影響粘接強度，膠層厚度與導(dǎo)電膠的熱阻都有密切的關(guān)系，膠層太厚會阻礙熱的傳導(dǎo)，而膠層太薄時，容易產(chǎn)生膠層不連續(xù)性、不均勻性等缺陷，致使熱阻變大。導(dǎo)電膠的固化溫度、固化時間也影響其粘接強度。固化溫度提高、固化時間增長其粘接強度增加;當(dāng)固化溫度較低時，需要較長的固化時間來達(dá)到一定的粘接強度，這是因為溫度低、時間短，固化不完全，

48、導(dǎo)致粘接強度低;并在一定溫度下，隨固化時間的增加粘接強度增加并接近一極限值。但是溫度過高、時間過長反而會使膠層變脆，粘接強度下降。同時，在固化過程中施加一定的壓力，可保證粘接材料與被粘表面緊密接觸，有利于擴(kuò)散、滲透、排除氣體，使膠層均勻致密，但壓力不能太大，否則會使膠擠出太多，造成缺膠。粘接面必須清潔、干燥、輕水性好，這樣保證粘接質(zhì)量和可靠性，否則在溫度試驗和環(huán)境測試中會發(fā)生脫膠、起層等現(xiàn)象。2、超聲熱壓焊采用超聲熱壓焊對焊接要求較低，能減小對器件的熱影響。焊接時，金屬受壓產(chǎn)生一定的塑性變形，使兩個金屬面緊密接觸，其分子相互擴(kuò)散牢固結(jié)合。超聲功率使劈刀振動，使引線與被焊金屬發(fā)生超聲頻率的摩擦，

49、清除界面的氧化層，并引起彈性形變;在超聲波焊的基礎(chǔ)上將載體加熱，這種加熱可以使焊點處的金屬流動性增加，防止超聲焊期間的應(yīng)變硬化，并為焊接面提供較好的接觸界面和金屬結(jié)構(gòu)，有利于焊點的快速鍵合，提高焊點的鍵合強度。但是，要獲得質(zhì)量高的焊點，必須根據(jù)電路片的種類、鍍金層的情況、金絲的直徑、金帶的寬度和厚度、不同的芯片、芯片焊點的大小及載體來合理選擇超聲波的功率、壓力和焊接持續(xù)時間。此外還有共晶焊技術(shù)、平行微隙焊等，這里就不詳細(xì)介紹了。我們采用導(dǎo)電膠粘接技術(shù)和超聲壓焊相結(jié)合來實現(xiàn)GaAs芯片的安裝。芯片的射頻輸入、輸出端口己經(jīng)匹配到50歐姆，因此只需要通過金絲焊線直接將射頻輸入輸出口與電路中的50歐姆

50、微帶線相連接，芯片嵌入在兩個介質(zhì)基片之間，芯片與介質(zhì)基片之間的縫隙應(yīng)盡可能小，這樣才能保證連接射頻輸入輸出口的金絲足夠短，以減小寄生電感，芯片與介質(zhì)基片之間的縫隙大約為50um，用長度為0.3llun的金絲來完成GaAs芯片的射頻輸入輸出口與50歐姆微帶電路的連接。GaAs芯片的接地已通過鍍金的過孔與芯片的背面金屬相連接，因此無需另外的接地焊線，將芯片直接焊接在屏蔽盒上就可以保證良好的接地和散熱性能。引入直流偏置電壓時，通過直徑為25um的金絲焊線將各級的直流偏置點分別連接到芯片電容上，然后再連接到各個直流偏置電壓上，在靠近芯片的地方采用100pF的芯片電容是為了濾除通帶內(nèi)的射頻信號，防止其進(jìn)

51、入直流偏置電路。考慮到機械加工的精度，倍頻器屏蔽外殼選擇黃銅加工材料。黃銅具有容易加工、硬度高、與鐵相比不易氧化的優(yōu)點，同時，銅與GaAS具有相近的熱膨脹系數(shù)，而且具有良好的熱傳導(dǎo)率以確保充分散熱，屏蔽銅殼表面必須光滑同時鍍金以保證良好的接地和便于電路的焊接安裝。4.2 倍頻器測試FET有源四倍頻器裝配、調(diào)試完畢后，再對整個裝置進(jìn)行了測試，測試的主要內(nèi)容是在一定的輸入頻率、輸入功率情況下測試輸出信號的頻譜和功率。電源QF1722頻譜儀E4470B諧波混頻器FET四倍頻器信號源E8257D功率計DMP-2功率頭圖28 FET四倍頻器測試框圖按照圖28所示對倍頻器測試的具體步驟如下:a).對儀器、

52、儀表進(jìn)行嚴(yán)格校準(zhǔn)。b).開啟直流電源和所有測試儀器，預(yù)熱半小時。直流供電:+12V，即在測試加電前應(yīng)將直流電壓置為+12V，電流最大輸出限流為350mA。所有的接地線必須連接良好，有輸出開關(guān)的直流電源置為“輸出開”的狀態(tài)。用同軸電纜連接信號源的射頻輸出端口和倍頻器輸入端口，倍頻器輸出端口用波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換接頭跟頻譜儀或功率計相連。d).用功率計測試倍頻器的輸出功率，測試裝置主要由微波信號源、待測倍頻器、功率頭和功率計組成， 信號源的輸入信號頻率設(shè)在8.2512.5GHz范圍內(nèi)，輸入功率設(shè)為5dBm，開啟射頻輸出，以0.5dBm為步進(jìn)功率逐步增加信號源輸出功率，直到加在倍頻器輸入口的信號不超過10d

53、Bm，測出倍頻器在各個頻率點上的輸出功率。e).用頻譜儀測試倍頻器的輸出頻譜，觀察倍頻器的諧波電平。測試裝置主要由微波信號源，待測倍頻器、諧波混頻器以及頻譜儀組成，信號源的輸入信號頻率設(shè)在8.2512.5GHz范圍內(nèi)，輸入功率設(shè)為5dBm，開啟射頻輸出，以0.5dBm為步進(jìn)功率逐步增加信號源輸出功率，直到加在倍頻器輸入口的信號不超過10dBm，觀察倍頻器的輸出頻譜特性，頻譜先經(jīng)過諧波混頻器混頻后再用具有擴(kuò)頻功能的 AgilentE4407B頻譜儀觀察。f).通過簡單的計算就可以得到四倍頻器的輸出信號功率和諧波抑制，計算方法為:四次諧波信號功率=功率計測試功率-諧波信號功率;諧波抑制度=四次諧波信號功率-其它諧波信號功率。根據(jù)測試數(shù)據(jù)判斷倍頻器各項指標(biāo)是否達(dá)到要求。第5章 結(jié)論綜上所述微波倍頻器是通信、雷達(dá)、電子對抗不可缺少的重要部件，與無源倍頻率、器相比，F(xiàn)ET有源倍頻器倍頻損耗小，溫度穩(wěn)定性好，因而對FET有源倍頻器的研究至關(guān)重要！本文分析了倍頻器的基本原理和倍頻機理，為微波倍頻技術(shù)的研究提供了可靠的理論依據(jù)，然后在理論分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合ADS軟件對倍頻電路進(jìn)行了仿真研究并最終優(yōu)化得到預(yù)期的結(jié)果。本課題的完成，對以后的學(xué)習(xí)和工作是非常有幫助的，尤其是在微波理論分析階段和ADS軟件仿真過程中所積累的經(jīng)驗，為以后的微波仿真設(shè)計打下了堅實的基礎(chǔ)。