EHF频段上变频器的设计及实现

使用频率规划工具，设定混频的射频输出频率，以及射频带宽、中频带宽以及本振功率，就可以寻找无杂散或杂散最低的区域。中频选择仿真结果如图2 所示。图中①区域为没有杂散区域； ②区域为存在杂散区域。可以看出杂散电平小于- 60 dBc 的中频可供选择的区域为1. 0～20. 5 GHz。根据以下2 条原则就可以确定中频IF2 的频率：① 工作在毫米波频段的混频器，可供选择商品器件的不多，工作在EHF 频段的混频器中频频率一般不大于4. 5 GHz ，因此IF2 的频率必须小于4. 5 GHz ； ② 同时因为设备中频IF2 带宽为2 GHz ， 为了避免2 ×IF2 +LO3 信号进入工作带内，中频频率的最低频率必须选择在2 GHz以上。综合考虑将中频IF2 选择为2 GHz 以上，4. 5 GHz以下。

图2、中频IF2 频率选择

(2) 第一中频频率选择

当IF2 选定后，假设设备采用2 次变频，则IF1频率为中频输入IF(设备输入频率为L 频段信号) 。此时IF 与IF1 相隔较近，导致本振频率无法抑制，所以方案必须采用3 次变频。只有IF1 选择为一个较高的中频上，才能避免出现上述的问题。

从IF1 中频选择仿真分析结果如图3 所示。图中①区域为没有杂散区域； ②区域为存在杂散区域。在0～17 GHz 范围内，只有0～450 MHz 范围内没有杂散，在其他频率内均存在不同组合的杂散分量。当频率超过12. 35 GHz 后杂散分量只有- 2IF1 +3LO1 这一个杂散，这一杂散可以通过降低IF1 的电平，使得杂散电平降低到设备的要求值。

图3、中频IF1 频率选择

因为L/ Ku 模块方案已经很成熟，最终中频IF1频率选择在Ku 频段，缩短了设备设计周期。

2. 2、杂散分析

确定中频频率后， 进行杂散分析。第1 次混频后的杂散分析，在IF1 带内无杂散频率产生，带外主要杂散为f (2 ，1) ， 通过混频后增加带通滤波器， 完全可以将杂散电平抑制到很低的水平， 可以忽略。需要注意的是，LO1 本振频率多采用倍频的方案实现，为了防止LO1 本振的基频频率的多次谐波随LO1 本振进入混频器，LO1 本振输出后要增加滤波器，用来滤除无用的LO1 本振谐波。

第2 次混频杂散分析，在IF2 频率范围内，主要杂散为f ( - 2 ，- 2) 、f (3 ，- 2) 、f ( - 4 ，3) 等组合频率，带内的组合杂散最低次数为4 次，由于第2 次混频采用双平衡混频器，m 为偶数的被抵消。虽然7 次产物落入带内， 但可以通过减小输入的IF1 电平，来控制组合干扰的幅度，完全可以满足变频链路通用指标的要求。

第3 次混频后的杂散分析，在EHF 频率范围内主要杂散信号为f (1 ，2) 。通过调整中频入口电平，可以降低杂散信号电平幅度，同时混频后增加腔体滤波器，对杂散也有一定的抑制。通过以上分析，只要控制好各级混频器的输入电平，杂散可以控制在要求的范围内。

2. 3、电平分配

根据以上杂散计算可知，为了降低第2 次混频产生的杂散， 必须降低混频器的输入电平到- 20 dBm以下。在此基础上合理分配每级的增益，以保证设备的各项指标满足要求。

3、关键技术

3. 1、中频选取

EHF 频段上变频器采用3 次变频技术，中频频率的选取尤其重要，一个合适的中频频率，不但可以降低设备的杂散电平，而且还可以降低设备的设计难度。

3. 2、高精度的制造和装配工艺

在EHF 频段，波长很短，相同电长度的电路元件实际尺寸会比低频段的元件尺寸小很多，所使用的放大器、混频器元件只能采用没有封装的管芯，这就对印制板的加工精度、元件安装精度、焊接精度提出很高的要求。在EHF 频段有些关键尺寸的加工精度要求小于0. 01 mm。

由于同样的原因，在该频段设备装配过程中要求更加严格。装配过程主要包括：裁板、粘接、键合等工序。特别是在粘接及键合工序上更加容易出问题。通过对制造和装配工艺的试验摸索，很好地解决了毫米波频段高精度制造和装配工艺问题。