設(shè)計一個使用新型的帶通濾波器的三倍頻器用于Ku波段的應(yīng)用

設(shè)計一個使用新型的帶通濾波器的三倍頻器用于Ku波段的應(yīng)用摘要：本研究提出了一個使用APDP〔反平行二極管對〕制作三倍頻器的設(shè)計方法，其中一個帶通濾波器〔BPF新結(jié)構(gòu)〕與傳統(tǒng)的耦合線帶通濾波器相比，具有插入損耗低，體積小的特點。這個三倍頻器所使用的濾波器，他的測量所使用的是傳統(tǒng)耦合線帶通濾波器。這個帶通濾波器在帶寬為16.41-23GHz時的穿透損耗小于0.7dB。在基波頻率為5.72KHz-6.28KHz且平坦度小于1dB時，三倍頻器的變頻損失約16.6dB-18.5dB。在6.1GHz時，基波和五次諧波信號的抑制特性分別為-32.16dBc和-44.6dBc，它的相位噪聲衰減在100KHz左右頻率偏移時約為9.5dB。關(guān)鍵詞：緊湊型尺寸帶通濾波器，插入損耗;轉(zhuǎn)換損失;三倍頻簡介近年來，在通信和信息的數(shù)量有所增加的情形下提高了通信系統(tǒng)的頻率波段。高頻率通信系統(tǒng)需要信號源的高穩(wěn)定性和低噪音。然而，頻率越高的信號源，越是難以直接制造出來。高頻信號源通常是由數(shù)個具有高穩(wěn)定性和低噪聲源的低頻信號源相乘而來。在一般情況下，二極管和晶體管可用于三倍頻器。一個三倍頻器使用，包括場效應(yīng)管，HEMT器件在內(nèi)的晶體管，并且這種晶體管比二極管三倍頻器具有更復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)和更大尺寸。此外，這個設(shè)備會消耗直流電源[1]。但是，三倍頻器所使用的Schottky二極管具有設(shè)計簡單并具有簡單的結(jié)構(gòu)與寬帶的特點。傳統(tǒng)的三倍頻輸出有一個帶通濾波器在諧波段被拒絕輸出[2]。因此，一個帶通濾波器要求具有插入損耗低，體積小的特點[3，4]。當(dāng)Schottky二極管用于ADPD時，在沒有外部電路的情況下形成偶次諧波抑。因此，三倍頻器可以被設(shè)計的很簡單，如果只有基波與五次諧波被抑制的話[5]。擬議的適用于三倍頻器的濾波器擁有一些傳統(tǒng)耦合線帶通濾波器所無法比較的優(yōu)勢，如低插入損耗，寬帶寬，體積小等。這顯示了具體的擬議帶通濾波器第特點是通過三次諧波信號，而基波和五次諧波信號被抑制。即使通過二次和四次諧波信號時，他們也被抑制在使用APDP三倍頻器里[5]。對于使用SchottkyAPDP的三倍頻器，采用梁引線式，廉價且擁有RF阻抗的寬帶傳輸線適用于共面波導(dǎo)微帶線。2．設(shè)計考慮對于傳統(tǒng)的三倍頻器，輸出時有一個開放的存根或者一個帶通濾波器來抑制諧波。然而，每個諧波都需要有一個具有窄帶寬開放的存根和其他幾個存根。如果一個三倍頻輸出使用一個開放的存根，它的三倍頻器的周期特征性輸出也將被抑制[1]。在另一方面，傳統(tǒng)耦合線帶通濾波器可以有效地抑制諧波。但是，它的插入損耗的增加將導(dǎo)致三倍頻變頻損失[2]。使用APDP型Schottky二極管的三倍頻器具有擬議的結(jié)構(gòu)特征。圖1〔a〕顯示擬議帶通濾波器應(yīng)用到的三倍頻器以及它的大小，給出如下：L=1.25mm,L=2.37mm,L=3.4mm,L=0.66mm,L=1.5mm,L=1.6mm,W=W=W=W=0.16mm,,W=0.64mm,W=1.3mm,W=2.1mm,G=G=G=0.16mm.整個電路的大小為：6.146.28mm,與傳統(tǒng)的三階段耦合線帶通濾波器相比，約占42.9％的總電路面積。擬議的BPF的已等效電路如圖1〔b〕所示[6，7]。仿真實現(xiàn)是通過使用Ansoft公司的集成EM仿真器與安捷倫的ADS電路仿真器。圖2〔a〕和2〔b〕分別顯示插入的設(shè)計和測量結(jié)果和常規(guī)帶通濾波器和擬議的帶通濾波器的返回?fù)p失。此外，這些結(jié)果彌補(bǔ)了兩個SMA連接器的損失約0.8dB。雖然傳統(tǒng)的帶通濾波器在17.52-18.18GHz之間具有插入損耗約1.9-3.5dB，擬議的帶通濾波器的插入損耗在16.41-19.23GHz之間約為0.3-0.7dB。該測量電路使用HP8510C網(wǎng)絡(luò)分析儀。圖1BPF建議的結(jié)構(gòu)：〔一〕配置;〔二〕，等效電路〔R=1，L=0.56nH，C=0.01pF，C=0.06pF，R=R=1，L=2.028nH，L=6.303nH，C=50.686pF，C=9.849pF〕圖2常規(guī)比較，并提出BPFs：〔一〕模擬并測量插入損耗;〔二〕模擬和測量回波損耗3．實驗結(jié)果為了設(shè)計使用擬議帶通濾波器的三倍頻器，使用了Metelics'MGS－902型梁式引線，和利用鉛材質(zhì)制成的APDPSchottky二極管，以及羅杰斯的DuroidRT5880〔＝2.2，tan＝0.0009，H＝0.254ｍｍ，T＝0.018mm〕用作襯底，和波束引導(dǎo)二極管與基體相連的導(dǎo)電銀膠。圖3〔a〕顯示了對諧波信號的三倍頻輸出功率使用傳統(tǒng)的帶通濾波器測得輸入信噪比為5dBm時的測量結(jié)果。從圖中可得，變頻損失在6GHz約為19.7GHz，而基頻和其他諧波抑制的特點分別是，-26.4dBc和小于-54.5dBc。圖3〔b〕顯示了在輸入功能頻率固定在6GHz后，諧波特征的輸出功率作為輸入功率的結(jié)果。圖4〔a〕顯示了當(dāng)輸入功率為5dBm優(yōu)化時，使用擬議帶通濾波器作為輸入頻率的三倍頻器的諧波信號輸出功率的測量結(jié)果。變頻損失在6.1GHz時為16.6dB?；ㄒ种圃?32.16dBc內(nèi)，其他抑制諧波小于-44.6dBc。圖4〔b〕顯示了在輸入功能頻率固定為6.1千兆赫后，輸出功率作為諧波信號的輸入功率的結(jié)果。從圖4〔a〕和4〔b〕看，三次諧波信號〔期望信號〕功率水平遠(yuǎn)高于其他信號。由于它是如前所述，基波和五次諧波的信號觀察到被抑制，其原因是由于使用擬議的帶通濾波器以及二次和四次諧波信號被使用APDP的三倍頻器本身所抑制。因此，從圖3和4看出，擬議的帶通濾波器三倍頻器的變頻損失與傳統(tǒng)的帶通濾波器相比提高了約3.1dB。圖5顯示了三倍頻相位噪聲特性用傳統(tǒng)的和擬議BPFs，信號發(fā)生器〔輸入信號〕產(chǎn)生6GHz作為輸入功率的功能。當(dāng)輸入功率為5dBm時，輸入信號在100KHz左右頻移時，三倍頻相位噪聲的衰減約9.5dB。圖6顯示了三倍頻器的圖片。3f的/4開放存根和串聯(lián)電阻〔R=1〕被添加到輸入，用以改善隔離和回波損耗。圖3使用傳統(tǒng)帶通濾波器的三倍頻器的測量結(jié)果：〔一〕輸入功率固定于5dBm時，輸出功率作為輸入頻率的結(jié)果;〔二〕輸入頻率固定在6GHz時，輸出功率作為輸入功率的結(jié)果圖4使用擬議帶通濾波器的三倍頻器的測量結(jié)果：〔一〕輸入功率固定于5dBm時，輸出功率作為輸入頻率的結(jié)果;〔二〕輸入頻率固定在6GHz時，輸出功率作為輸入功率的結(jié)果圖5在固定6GHz的頻率事，相位噪聲作為輸入功率的結(jié)果圖6三倍頻器4.結(jié)論在這項研究中，已有人建議使用結(jié)構(gòu)新穎的帶通濾波器代替開放存根或傳統(tǒng)耦合線帶通濾波器，并使用用于三倍頻器的制造。擬議的結(jié)構(gòu)的低插入損耗，可以降低變頻損耗和降低整個電路的大小。它的插入損耗小于0.7dB的范圍內(nèi)的帶寬。該電路的尺寸相比一個使用傳統(tǒng)耦合線帶通濾波器，降低到約42.9％。諧波抑制小于-32.16dBc。這個使用新型帶通濾波器的三倍頻器適合用于MMIC應(yīng)用，且預(yù)計將來將用于毫米波波段。參考文獻(xiàn)1.S.A.Maas,Nonlinearmicrowavecircuits,ArtechHouse,Norwood,MA,1988.2.G.Zhang,D.P.Roger,andC.M.Snowden,AnoveltechniqueforHEMTtriplerdesign,IEEEMTT-SDig2(1996),663–665.3.L.H.HsiehandK.Chang,Compact,low-insertion-loss,sharp-rejection,andwide-bendmicrostripbandpassfilters,IEEETransMicrowaveTheoryTech51(2003),1241–1246.4.C.Y.Chen,C.Y.Hsu,andS.F.Lin,Anovelcompactminiaturizedwidebandmicrostripbandpassfilterswithdual-moderingresonators,MicrowaveOptTechnolLett45(2005),312–315.5.M.Cohn,J.E.Degenford,andB.A.Newman,Harmonicmixingwithananti-paralleldiodepair,IEEETransMicrowaveTheoryTech23(1975),667–673.6.G.D.Alley,Interdigitalcapacitorsandtheira