W波段八次谐波混频器设计

　　3.3 中频低通滤波器设计

　　对于中频输出端，要求通过中频2GHz。主要抑制本振12GHz，射频94GHz，本振奇次谐波36GHz、60GHz、84GHz、108GHz等，射频与偶次本振的谐波22GHz、46GHz、70GHz等。传统的开路短截线低通滤波器和阶跃阻抗低通滤波器阻带窄，寄生通带多，几乎无法达到本文设计要求。这里采用缺陷地结构(DGS，Defected Ground Structure)，通过在接地板上刻蚀缺陷的图形，增加传输线等效分布电容和分布电感，设计出一种通带平坦、阻带超宽、结构紧凑、性能优良的DGS低通滤波器。整个结构15.4mm*5mm。

　　图7 DGS低通滤波器结构图

　　HFSS全波仿真结果如下：

　　图8 中频低通滤波器仿真结果

　　可见，它通带带宽有6GHz，带内回波损耗大于20dB。对10GHz以后的频率都有20dB以上的衰减，抑制了本振、射频以及其它各闲散频率，很好的实现了本文中频低通滤波器的设计要求。

　　3.4 本振低通滤波器设计

　　对本振输入端，应该通过本振12GHz，阻止射频94GHz，本振奇次谐波36GHz、60GHz、84GHz、108GHz等，射频与偶次本振的谐波22GHz、46GHz、70GHz等。这里采用紧凑微波谐振单元(CMRC)低通滤波器，如图9：

　　图9 CMRC低通滤波器结构图

　　图中，多根水平细微带线增加了电路的等效电感，其相互之间缝隙耦合增加了传输线的等效电容，使得整个结构具有慢波特性，而且这些各种不同的电容电感产生了多个传输零点，使得电路又具有宽阻带的效果。整个电路结构紧凑，尺寸小，只有6.4mm*1.8mm，对尺寸加工误差不敏感。仿真结果如下：

　　图10 CMRC低通滤波器仿真结果

　　它对本振信号只有0.36dB的损耗，对本振的三、五、七、九次谐波和射频信号都有20dB以上的抑制。

　　4 整体电路设计

　　最后，结合HFSS和ADS，优化设计整体电路，仿真得变频损耗随射频输入频率变化结果如图11：

　　图11 W波段八次谐波混频器变频损耗

　　由图，30dB以下变频损耗带宽约为92.5GHz～99GHz，最低变频损耗为24.1dB。

　　5 总结

　　本文介绍了谐波混频器的基本原理，分析八次谐波混频器非线性电路中的闲散频率，据此分别设计了宽带波导-微带鳍线过渡、改进型低损耗带通滤波器，超宽阻带DGS低通滤波器，CMRC慢波结构滤波器，得到一种性能良好的W波段八次谐波混频器。本振12GHz固定不变，射频信号在92.5～99GHz变化时，变频损耗都小于30dB，最低变频损耗24.1dB。实验研究工作正在进行中。