一种鳍线混频器的设计

【前言】一种鳍线混频器的设计由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。ZHU Sujun,YE Yuhuang (College of Physics and Information,Fuzhou University,Fuzhou,350002,China)オ Abstract：This paper studies a millimeter mixer design used for the short range radar.The single-end mixer is adopted,it is simple at circuit structur...

摘 要：研究一种用于近程雷达的毫米波混频器的设计，电路结构上采用简单易于实现的单端混频器结构，通过环行器来实现本振和信号的输入，环行器的功率分配可根据雷达的作用距离来进行设计，采用鳍线结构来实现混频器的匹配输入，通过一个滤波电路来实现中频输出，尽可能地减小混频损耗。经测试，当工作频率为30 GHz时，变频损耗仅为6 dB。

关键词：环行器；鳍线；混频；单端混频

中图分类号：TN733 文献标识码：B

文章编号：1004373X(2008)0107602オ

Design of a Fin-line Mixer

ZHU Sujun,YE Yuhuang

(College of Physics and Information,Fuzhou University,Fuzhou,350002,China)オ

Abstract：This paper studies a millimeter mixer design used for the short range radar.The single-end mixer is adopted,it is simple at circuit structure and easy to realize.The input of local oscillator and signal is realized by the circulator.The power distribution of the circulator is designed according to the range coverage of radar.The match input of mixer is realized adopting the fin-line and the IF output is achieved through a filter circuit,to reduce as much as possible conversion loss.After test,the conversion loss is only 6 dB when the operating frequency is 30 GHz.

Keywords：circulator;fin-line;mixer;single-end mixerオ

微波混频器是通信、雷达、电子对抗等系统接收机中的关键部件，他的指标很大程度上决定了整个系统的性能,因此研究高性能混频器也成为一个非常重要的课题。此前一般的单端混频器的变频损耗为10 dB，本文提出了一种用鳍线来设计混频器的方法并给出了实验结果。

1 电路结构和工作原理

混频器的工作原理如图1所示。频率为f0,强度为P的微波信号s1由1 端口进入环行器,根据环行器的工作原理，信号主要从2 端口输出，小部分泄漏到3端口，设2端口输出的信号强度为kP，然后经天线发射出去，再由目标反射回来。由于目标的运动，根据多普勒效应，返回到2端口的信号s2频率为f0(1+2vrc)，强度为kPG2λ2σ(4π)3R4。再传到3端口的信号s3频率为f0(1+2vrc)，强度为k2PG2λ2σ(4π)3R4,1端口泄漏到3端口的信号s3′频率为f0，强度为(1-k)P。最后s3与s3′经3端口送入混频二极管[1]。

[JP2]其中，vr为目标的运动速度，G为收发共用天线的增益，σ为目标的散射截面积，R为目标距离雷达天线的距离，k为环行器理想情况下从1端口到2端口的功率传递系数。[JP]

实际中，当作用目标距离R为不同情况时，可以通过调整环行器的功率分配系数k来实现混频的要求。例如，取R为300 m,假设天线增益为31 dB,λ选取0.01 m，┆σ取单人目标为0.5 m2，根据雷达的接收能力，取本振与信号之比为109。理论上可估算出k的值为0.995，实际中，环行器正向衰减设计取0.3 dB，隔离度为24 dB，可以满足上述要求，也是可以实现的。可见，改变R的值，在其他指标不变的条件下，只需改变环行器的功率分配即可实现。当然增大发射功率，也可以使R的值变化。

混频电路采用单鳍过渡将信号和本振加到混频管上,其结构示意图见图2。为减少中频输出电路引起的信号和本振回路的不连续性,设计中将混频电路尽可能靠近波导壁,在中频输出位置的波导壁内开一槽缝,使中频由此引出,为使混频管处获得最大的电场量,短路面CD 段设计为λ/4,为减少信号和本振回路的不连续性,单鳍过渡段AB 为2λ,鳍线缝隙BC 段为λ/4,中频输出电路采用高低阻抗设计的低通滤波器引出,同时偏置经中频电路引入加到混频管上。

图3是混频二极管的工作原理图，RJ为结电阻，是起混频作用的非线性电阻，CJ为结电容。本文选择混频二极管为DMA5353-030,工作频率为26～40 GHz，最大的噪声系数为7.5 dB。

1.2 鳍线阻抗变换段

本文所选的阻抗变换为特征指数t=1.435 的正弦变换段,其结构如图4 所示,他的函数表达式为[2,3]:

为防止微波信号由中频输出电路泄漏,在偏置电路中设计一带阻滤波器,结构如图5 所示。 设计为n=2 的等波纹滤波器,可使得在f=30 GHz处获得衰减达到20 dB 性能[4]。图中:

И

式中:Е霜0为信号波长,εr 为基片介质的相对介电常数。[LL]

带阻滤波器的导带宽度W的设计可近似按矩形同轴线设计,根据导带的特性阻抗Z0,相结介电常数εr。衬底的厚度h,查曲线[5]可求得W 值。И

2 实际测试结果

测试混频器性能的原理图如图6所示。

当提供f=30 GHz的信号，同时使信号频率发生变化，测出不同情况下的混频损耗L，实验结果如表1所示。

3 结 语

由于采用未封装的混频管，寄生参量Cp，Ls及Rsб起的损耗很小，同时鳍线的引入和特殊的中频输出电路，从实验数据结果可以看出，本设计的混频损耗比较小，能很好地完成混频功能。同时本设计还有另外一个优点，可以通过设计环行器的功率分配关系来满足近程雷达测试距离的要求。

参 考 文 献

［1］丁鹭飞,耿富录.雷达原理[M].西安:西安电子科技大学出版社,1995.

［2］胡建凯,黄振起.3 mm FM/CW 组件中鳍线混频器的研究[J].固体电子学研究与进展,2001,21(1):10-13.

［3］马凯学.毫米波混频技术的研究[M].西安:西安工业大学出版社,2002.

［4］张学建,蔡松.K波段波导平面电路混频器的设计[J].福州大学学报:自然科学版,1984(4):44-49.

［5］甘本.微波传输线设计手册[M].北京:人民邮电出版社,1981.

作者简介

祝素军 男，硕士研究生，就读于福州大学物理与信息学院。

叶宇煌 男，副教授。主要从事微波电路的研究。

注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”