五倍频器倍频效率的影响因素分析_郭彬.pdf
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1、五倍频器倍频效率的影响因素分析郭彬(中国电子科技集团公司第十三研究所,河北石家庄050051)摘要:针对I波段窄带五倍频器倍频效率受输入信号功率和外界环境影响较大的问题,就影响倍频器倍频效率的几种因素进行了仿真和分析,提出了提高五倍频器工作效率的几种途径。微波仿真和实测结果表明,在I波段输入信号频率5%带宽范围内,输入功率为1012 dBm时,倍频损耗小于18 dB。关键词:五倍频器;倍频效率;影响因素;仿真分析中图分类号:TP 391.99文献标志码:A文章编号:1672-5468(2022)01-0027-05doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2022.01.006
2、Analysis on the Influencing Factors of the FrequencyMultiplying Efficiency of QuintuplerGUO Bin(The 13th Research Institute of CETC,Shijiazhuang 050051,China)Abstract:Aiming at the problem that the frequency doubling efficiency of I-band narrow-bandquintuplier is greatly affected by the input signal
3、 power and the external environment,severalfactor affecting the efficiency of the frequency multiplier are simulated and analyzed,andseveral ways to improve the working efficiency of the quintupler are proposed.The results ofmicrowave simulation and measurement show that within 5%of the input signal
4、 frequency of I-band,when the input power is 1012 dBm,the frequency doubling loss is less than 18 dB.Keywords:quintuplier;frequency doubling efficiency;influencing factors;simulation analysis收稿日期:2021-06-02修回日期:2022-01-07作者简介:郭彬(1973),男,湖南长沙人,中国电子科技集团公司第十三研究所高级工程师,主要从事微波混合集成电路及微波组件的研制工作。电 子 产 品 可 靠
5、性 与 环 境 试 验ELECTRONIC PRODUCT RELIABILITY AND ENVIRONMENTAL TESTING仿真建模与分析2022年2月第40卷 第1期Vol40 No1 Feb.,20220引言近年来,随着国内微波电路设计水平的不断提高,P波段微波频率源在各类通信整机中经常出现,作为频率源中的核心部件,窄带奇次倍频器的设计得到了越来越多通信工程师的重视,其不仅扩展了频率源的输出频率点的数量,还简化了频率源的构成,节约了设计成本,降低了整机的功耗。倍频器根据工作方式的不同,分为奇次倍频和偶次倍频。它们都是基于二极管或三极管的非线性特性设计的倍频方式。此外,依据倍频器工
6、作时是否需要外置直流电源,又可将其分成有源倍频器和无源倍频器两类。相对于有源倍频,无源非线性倍频具有电路相对简单、无需外加偏置和低噪声等优点。倍频效率是倍频器的主要指标,也被称之为倍DIANZI CHANPIN KEKAOXING YU HUANJING SHIYAN27电子产品可靠性与环境试验DIANZI CHANPIN KEKAOXING YU HUANJING SHIYAN电子产品可靠性与环境试验2022年频损耗;倍频损耗的变化直接导致整机的功耗、可靠性等指标发生变化。我们以输入频率为40 MHz的窄带五倍频器为例,就影响奇次倍频器倍频效率的几种因素从仿真和实测两个方面进行分析。1奇次倍
7、频器的电路原理和特性本电路输入由一个并联电感进行匹配,其他的无源器件添加在了倍频器的输出端,构成谐振网络,以滤除不需要的信号,如图1所示。五倍频器由反相并联PIN二极管对和输入输出匹配网络组成,比由单PIN二极管组成的倍频器增加了一个二极管,该二极管的增加抑制了倍频器偶次谐波分量的输出,增加了奇次谐波分量的输出功率。反相并联PIN二极管对1脚和2脚焊接在大面积地上,3脚焊接在微带线上,由于二极管对是由芯片晶圆上邻近的两个二极管管芯组成的,微波性能非常匹配,这使得由它组成的倍频器偶次谐波抑制得很好。单独一个二极管上的电流为4:i1=-isexp(-av)-1(1)i2=isexp(av)-1(2
8、)式(1)-(2)中:is反向电流;v二极管两端外加电压。=q/kT(3)式(3)中:q电子电荷;理想因子(其理想值为=1);k波尔兹曼常数;T绝对温度。输出端电流为:ig=i1+i2=2issinh(av)=4isI1(av)coswt+I3(av)cos(3wt)+I5(av)cos(5wt)+(3)以上3式表明倍频器输出端的主要输出信号是奇次谐波。倍频器实际工作时,含直流的偶次分量在两个二极管间流动,奇次分量在倍频器除二极管外的外围电路流动,这样工作的结果是奇次分量和偶次分量被分开。体现在实测结果上就是,倍频器输出信号中五次谐波分量比基波分量的功率大5 dB,比偶次分量大30 dB。2影
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