220GHz无源三倍频器设计

2014-11-03 11:24

　　2.4 低通滤波器的设计

　　微带线低通滤波器用于通过基波（71.7~75GHz），并阻止由并联二极管对产生的三次谐波（215~ 225GHz）信号由微带线返回到输入电路，在此利用高低阻抗线结构实现该低通滤波器。由于该滤波器工作频率较高，在设计时发现高阻线极细（0.02mm），这对加工精度有较高的要求。本设计选择的是石英基片，可以达到该精度要求。利用HFSS仿真的结果如下图，从仿真结果可看出该滤波器对基波的损耗小于0.15dB，对三次谐波的抑制度在40dB以上，对二次谐波的抑制度在25dB以上，这说明在该低通滤波器后的二极管对产生的谐波信号基本不会泄露到输入端。

220GHz无源三倍频器设计

　　图3 LPF仿真模型与结果

　　2.5 输入和输出匹配

　　对于输出的波导匹配和输入的微带匹配的设计，先在ADS中利用谐波平衡法确定输出阻抗和输入阻抗，然后借助HFSS的仿真功能，使波导电路和悬置微带线实现匹配。在ADS中扫描二极管对后的负载电阻大小和微带线宽，观测3次谐波功率，得到在悬置微带线宽为0.2mm左右时3次谐波输出最强。然后在HFSS中建立模型，在安装平衡二极管对的位置设置集总参数端口，端口阻抗设为在ADS中算得的平衡二极管对的输出阻抗，将此作为平衡二极管对在此复杂结构中的嵌入阻抗。

　　需要注意的是，由于二极管的宽度大于之前选定的悬置微带腔体宽度，所以需要在放置二极管对出扩大腔体，该不连续性造成的性能恶化需要尽量降低到最低程度。

　　另外，二极管对之前的低通滤波器输出端对于三次谐波来说相当于一个段路面，三次谐波会在滤波器的输出端与平衡二极管对的输入端来回反射，这样一来，三次谐波功率会在某些频点相互叠加和抵消，极有可能导致在最后输出频带内出现低功率点。所以在仿真时需设计低通滤波器后到二极管对的长度以避免上述情况的出现。

　　下图为从二极管放置位置处到输出部分的仿真模型和结果：

220GHz无源三倍频器设计