采用CMRC结构的Ka波段 四次谐波混频器设计

这里电感L1、L2、L3代表横向细微带，L4、L5代表纵向细微带。电容C1、C2表示微带线之间的耦合电容，C3、C4、C5表示微带与地之间的电容。

4 电路设计及仿真

本设计采用RT/duroid 5880 高频基片，基片厚0.254mm，介电常数2.2。它采用增强型聚四氟乙烯材料，具有低损耗、低吸湿、同向性、频率一致性以及良好的抗腐蚀性，广泛应用于毫米波电路设计。二极管选用DMK2308是砷化镓肖特基反向并联二极管管对，它主要应用于20～100GHz，具有低结电容和低串联电阻。

射频中心频率freq_RF=37.5GHz，射频功率P_RF=-10dBm；本振中心频率freq_LO=9.6GHz，本振功率P_LO=10dBm。

4.1 波导－微带过渡设计

目前常用的波导－微带过渡结构有：阶梯脊波导过渡、鳍线过渡、耦合探针过渡等。它们带宽都较宽（10%～20%带宽内回波损耗在15dB以下），插入损耗小。阶梯脊波导过渡加工复杂；耦合探针过渡波导出口方向与电路平行，不满足很多系统的结构要求；鳍线过渡可视为准平面结构，直接印刷在基片上，简单方便。本文就是采用双面鮨线过渡结构，如图4：

图4 波导～微带鮨线过渡

渐变方式采用余弦平方结构：

这里W(z)是渐变线宽，b是波导窄边宽度(3.556mm)，w是50欧微带线宽度(0.76mm)，L是渐变段总长(13mm）。图中右下方的120度金属弧块是为了降低谐振频率，确保其落在有用通带之外。上下两边的通孔条带是为了阻断纵向电流，减小通带损耗。三维电磁场仿真软件HFSS仿真结果如图5：

圆弧块使鳍线过渡的谐振点落在30GHz以下，确保其偏离有用频段34GHz～40GHz。在30GHz～40GHz带宽内，鳍线过渡段插入损耗小于0.15dB，回波损耗在20dB左右，使射频信号由波导几乎无损耗的过渡到微带部分。

图5 波导－微带过渡

4.2 中频低通滤波器设计

对于中频输出端，应该通中频IF（＝4*LO-RF＝900MHz）。主要阻止本振（9.6GHz）、射频（37.5GHz）、本振奇次谐波（3LO＝28.8GHz、5LO＝48GHz）、射频与偶次本振的谐波（RF-2LO＝18.3GHz）。

为了更好的实现上面的要求，这里选用了两个CMRC级联的形式，如图6

图6 两级CMRC中频端滤波器

第一级中间窄带长度选7.6mm，它在9.6GHz处有20dB的抑制。第二级中间窄带长度选2.6mm，它对15GHz～100GHz的频率都有比较好的抑制。级联后HFSS仿真结果如图7

图7 中频端滤波器仿真结果

级联后过渡带更加陡峭，对要求阻断的频点有了更好的抑制。与传统高低阻抗滤波器相比，尺寸减小了15mm，对28.8GHz、37.5GHz更多抑制了20dB左右。而且高低阻抗线设计的滤波器在0～50GHz范围内约有3、4个寄生通带，影响了整个系统的带宽，而本设计完全消除了这些寄生通带。