设计一个使用新型的带通滤波器的三倍频器用于Ku波段的应用

设计一个使用新型的带通滤波器的三倍频器用于Ku波段的应用摘要：本研究提出了一个使用APDP〔反平行二极管对〕制作三倍频器的设计方法，其中一个带通滤波器〔BPF新结构〕与传统的耦合线带通滤波器相比，具有插入损耗低，体积小的特点。这个三倍频器所使用的滤波器，他的测量所使用的是传统耦合线带通滤波器。这个带通滤波器在带宽为16.41-23GHz时的穿透损耗小于0.7dB。在基波频率为5.72KHz-6.28KHz且平坦度小于1dB时，三倍频器的变频损失约16.6dB-18.5dB。在6.1GHz时，基波和五次谐波信号的抑制特性分别为-32.16dBc和-44.6dBc，它的相位噪声衰减在100KHz左右频率偏移时约为9.5dB。关键词：紧凑型尺寸带通滤波器，插入损耗;转换损失;三倍频简介近年来，在通信和信息的数量有所增加的情形下提高了通信系统的频率波段。高频率通信系统需要信号源的高稳定性和低噪音。然而，频率越高的信号源，越是难以直接制造出来。高频信号源通常是由数个具有高稳定性和低噪声源的低频信号源相乘而来。在一般情况下，二极管和晶体管可用于三倍频器。一个三倍频器使用，包括场效应管，HEMT器件在内的晶体管，并且这种晶体管比二极管三倍频器具有更复杂的电路结构和更大尺寸。此外，这个设备会消耗直流电源[1]。但是，三倍频器所使用的Schottky二极管具有设计简单并具有简单的结构与宽带的特点。传统的三倍频输出有一个带通滤波器在谐波段被拒绝输出[2]。因此，一个带通滤波器要求具有插入损耗低，体积小的特点[3，4]。当Schottky二极管用于ADPD时，在没有外部电路的情况下形成偶次谐波抑。因此，三倍频器可以被设计的很简单，如果只有基波与五次谐波被抑制的话[5]。拟议的适用于三倍频器的滤波器拥有一些传统耦合线带通滤波器所无法比较的优势，如低插入损耗，宽带宽，体积小等。这显示了具体的拟议带通滤波器第特点是通过三次谐波信号，而基波和五次谐波信号被抑制。即使通过二次和四次谐波信号时，他们也被抑制在使用APDP三倍频器里[5]。对于使用SchottkyAPDP的三倍频器，采用梁引线式，廉价且拥有RF阻抗的宽带传输线适用于共面波导微带线。2．设计考虑对于传统的三倍频器，输出时有一个开放的存根或者一个带通滤波器来抑制谐波。然而，每个谐波都需要有一个具有窄带宽开放的存根和其他几个存根。如果一个三倍频输出使用一个开放的存根，它的三倍频器的周期特征性输出也将被抑制[1]。在另一方面，传统耦合线带通滤波器可以有效地抑制谐波。但是，它的插入损耗的增加将导致三倍频变频损失[2]。使用APDP型Schottky二极管的三倍频器具有拟议的结构特征。图1〔a〕显示拟议带通滤波器应用到的三倍频器以及它的大小，给出如下：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.整个电路的大小为：6.146.28mm,与传统的三阶段耦合线带通滤波器相比，约占42.9％的总电路面积。拟议的BPF的已等效电路如图1〔b〕所示[6，7]。仿真实现是通过使用Ansoft公司的集成EM仿真器与安捷伦的ADS电路仿真器。图2〔a〕和2〔b〕分别显示插入的设计和测量结果和常规带通滤波器和拟议的带通滤波器的返回损失。此外，这些结果弥补了两个SMA连接器的损失约0.8dB。虽然传统的带通滤波器在17.52-18.18GHz之间具有插入损耗约1.9-3.5dB，拟议的带通滤波器的插入损耗在16.41-19.23GHz之间约为0.3-0.7dB。该测量电路使用HP8510C网络分析仪。图1BPF建议的结构：〔一〕配置;〔二〕，等效电路〔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〕图2常规比较，并提出BPFs：〔一〕模拟并测量插入损耗;〔二〕模拟和测量回波损耗3．实验结果为了设计使用拟议带通滤波器的三倍频器，使用了Metelics'MGS－902型梁式引线，和利用铅材质制成的APDPSchottky二极管，以及罗杰斯的DuroidRT5880〔＝2.2，tan＝0.0009，H＝0.254ｍｍ，T＝0.018mm〕用作衬底，和波束引导二极管与基体相连的导电银胶。图3〔a〕显示了对谐波信号的三倍频输出功率使用传统的带通滤波器测得输入信噪比为5dBm时的测量结果。从图中可得，变频损失在6GHz约为19.7GHz，而基频和其他谐波抑制的特点分别是，-26.4dBc和小于-54.5dBc。图3〔b〕显示了在输入功能频率固定在6GHz后，谐波特征的输出功率作为输入功率的结果。图4〔a〕显示了当输入功率为5dBm优化时，使用拟议带通滤波器作为输入频率的三倍频器的谐波信号输出功率的测量结果。变频损失在6.1GHz时为16.6dB。基波抑制在-32.16dBc内，其他抑制谐波小于-44.6dBc。图4〔b〕显示了在输入功能频率固定为6.1千兆赫后，输出功率作为谐波信号的输入功率的结果。从图4〔a〕和4〔b〕看，三次谐波信号〔期望信号〕功率水平远高于其他信号。由于它是如前所述，基波和五次谐波的信号观察到被抑制，其原因是由于使用拟议的带通滤波器以及二次和四次谐波信号被使用APDP的三倍频器本身所抑制。因此，从图3和4看出，拟议的带通滤波器三倍频器的变频损失与传统的带通滤波器相比提高了约3.1dB。图5显示了三倍频相位噪声特性用传统的和拟议BPFs，信号发生器〔输入信号〕产生6GHz作为输入功率的功能。当输入功率为5dBm时，输入信号在100KHz左右频移时，三倍频相位噪声的衰减约9.5dB。图6显示了三倍频器的图片。3f的/4开放存根和串联电阻〔R=1〕被添加到输入，用以改善隔离和回波损耗。图3使用传统带通滤波器的三倍频器的测量结果：〔一〕输入功率固定于5dBm时，输出功率作为输入频率的结果;〔二〕输入频率固定在6GHz时，输出功率作为输入功率的结果图4使用拟议带通滤波器的三倍频器的测量结果：〔一〕输入功率固定于5dBm时，输出功率作为输入频率的结果;〔二〕输入频率固定在6GHz时，输出功率作为输入功率的结果图5在固定6GHz的频率事，相位噪声作为输入功率的结果图6三倍频器4.结论在这项研究中，已有人建议使用结构新颖的带通滤波器代替开放存根或传统耦合线带通滤波器，并使用用于三倍频器的制造。拟议的结构的低插入损耗，可以降低变频损耗和降低整个电路的大小。它的插入损耗小于0.7dB的范围内的带宽。该电路的尺寸相比一个使用传统耦合线带通滤波器，降低到约42.9％。谐波抑制小于-32.16dBc。这个使用新型带通滤波器的三倍频器适合用于MMIC应用，且预计将来将用于毫米波波段。参考文献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