1 导言
毫米波集成电路具有体积小、重量轻、频带宽等长处，已广泛运用在通讯、准确制导、雷达、射电地理等技术领域。其间U波段所指的频率规模为40～60 GHz，大气对该频段的电磁波具有很强吸收特性，因而这个频段一般被用于多路分集的荫蔽网络和体系。在毫米波频段，因为鳍线避免了矩形波导所要求的严厉机械加工公役，并具有微带线那样的平面电路制造上的长处，因而被广泛运用。
本文介绍了两种U波段鳍线混频器的规划和功能。运用的二极管为Alpha公司的DMK2790，电路制造在一块厚度为0.127 mm的RT-Duroid 5880 软基片上。运用场剖析软件Ansoft HFSS10和阻抗匹配原理进行归纳规划，获得了较好的混频特性。
2 二极管的变频损耗
变频损耗是混频器最重要的技术指标。一般混频器的变频损耗包含三个部分：
（1）
式中，L1为失配损耗，它取决于混频器射频端口和中频端口的匹配程度；L2为二极管的结%&&&&&%Cj和串联阻抗Rs等引起的结损耗；L3为抱负二极管的固有损耗。
在本振充沛鼓励二极管的情况下，变频损耗除掉L1的部分能够近似表明为
（2）
式中，Rb为二极管的反向电阻，Zo’为从半导体结处看的源阻抗值，fc为二极管的截止频率，3.9 dB为介质按捺谐波发生的损耗，最终一项的取值大约为0.5 dB。可见，二极管的截止频率与混频器的最小变频损耗有极大的联系，截止频率越高，混频器或许到达的最小变频损耗就越小，而且混频器的宽带功能也越好。依据表1中DMK2790二极管的SPICE参数可得，其截止频率为
（3）
运用公式（2）计算得，在作业频率为45 GHz 时，二极管的最小变频损耗约为5.5 dB。
关于给定的二极管，结损耗L2为必定值，而固有损耗L3首要取决于镜频的端接条件和二极管导纳的非线性度。因而电路规划的首要任务是减小失配损耗L1。
表1 DMK2790的SP%&&&&&%E参数
|
Is Amp |
Rs W |
n |
TD S |
CJ0 pF |
M |
|
0.5E-12 |
4 |
1.05 |
1E-11 |
0.05 |
0.26 |
|
EG eV |
VJ eV |
|
FC |
Bv V |
ISV A |
|
1.43 |
0.82 |
2 |
0.5 |
4.0 |
1E-05 |
3 鳍线混频器结构一
第一种鳍线混频器的电路结构如图1所示，为鳍线共面线结构。在该结构中，鳍线和共面线构成的180o混合结供给了单平衡混频器的电路根底。两个二极管反向并联于平衡结上，因为鳍线电场与悬置共面线的电场彼此正交，两二极管对射频信号出现同相串联，而对本振信号出现反相并联，这种联系一起还供给了射频与本振之间的彼此阻隔。本振功率由规范波导（WR-19）输入，通过不和的单脊鳍线突变过渡到缝隙很小的鳍线，再耦合到正面的悬置带线，最终过渡到悬置共面线将电场加到二极管对上；射频信号通过波导到对脊鳍线突变过渡，将信号加到两个二极管上，为了减小鳍线口的反
图1 鳍线共面线结构混频器
射并统筹体积，选取了余弦平方过渡，过渡段的长度为9 mm。因为二极管的阻抗实部很小，为使鳍线与二极管的阻抗匹配，鳍线的缝宽应尽量小，在RT-Duroid 5880软基片上工艺能完成的最小缝宽为0.1 mm，对应的鳍线特性阻抗约为125欧姆；发生的中频信号经一个七节切比雪夫凹凸阻抗线低通滤波器输出，该低通滤波器的效果是通过中频信号而阻隔本振和射频信号。
运用三维场仿真软件Ansoft HFSS10对各无源部分进行独自仿真优化后，制做了该混频器的什物，如图2所示，外形尺寸为30×30×30 mm3。用一个U波段的倍频器的输出信号做为混频器的本振，将本振频率固定于46 GHz，本振功率约为13 dBm，射频在40～50 GHz的规模内改变，混频器的变频损耗特性如图3所示。
图2 鳍线共面线结构混频器什物
图3 鳍线共面线结构混频器的变频损耗
从图3能够看到，该混频器在40～50 GHz的规模内变频损耗小于11.5 dB，在中频为2 GHz左右时，变频损耗到达最小值5.8 dB，根本已挨近变频损耗的理论最小值。本振到射频的阻隔度大于20 dB。
4 鳍线混频器结构二
第二种鳍线混频器的电路结构如图4所示，为鳍线悬置微带线结构。由鳍线和悬置微带线构成的180o混合结供给了单平衡混频器的电路根底。相同，两个混频二极管反向并联于鳍线和悬置微带线之间。鳍线电场与悬置微带线的电场彼此正交。本振功率通过一个波导到悬置微带的探针过渡耦合到悬置微带上，然后通过悬置微带线带通滤波器加到两二极管上，该带通滤波器具有通过本振信号而按捺中频信号的效果；射频信号相同通过波导对脊鳍线突变过渡后加到二极管上；中频信号由悬置微带线凹凸阻抗线低通滤波器引出。
图4 鳍线悬置微带线结构混频器
该混频器的什物如图5所示，外形尺寸为30×30×40 mm3。本振固定在40 GHz，混频器的变频损耗特性如图6所示，该混频器在40～50 GHz的规模内变频损耗小于10.3 dB。本振到射频的阻隔度大于18 dB。
图5 鳍线悬置微带线结构混频器什物
图6 鳍线共面线结构混频器的变频损耗
5 定论
本文规划并制造了两种U波段鳍线单平衡混频器，取得了较好了混频功能。射频在40～50 GHz规模内改变时，鳍线共面线结构的混频器变频损耗小于11.5 dB，鳍线悬置微带线结构的混频器变频损耗小于10.3 dB。
