基于双频匹配的微带检波器研究与设计

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在射频微波当中最常用的一个部件就是检波器,它在许多的应用中是非常关键的,比如微波信号检测、自动增益控制、功率探测等,而且在矢量网络分析仪、检测脉冲功率、电子支付系统、微波遥感探头等系统中广泛应用。在检波器当中很重要的一个部件就是阻抗匹配网络,在检波二极管性能确定的情况下,阻抗匹配网络就成为了检波器在工作频率范围内电压驻波比和电压灵敏度等技术指标的重要因素。目前国内外针对检波器的研究主要集中在波导到微带过渡结构、微带低通滤波器以及检波二极管等方面。在阻抗匹配网络方面都是采用的单频点匹配,这不仅使得匹配范围很小,而且导致输入信号只有在某个中心频率的时候才能达到最佳匹配,使检波器二极管从信号源处得到的功率最大。如果当输入信号的频率偏移中心频率的时候,就会有一部分功率反射回信号源,从而让检波器电压灵敏度和驻波比变差。本文针对以上问题,在通过对阻抗匹配网络基本原理的研究基础上,设计了信号源和检波二极管之间的混合双频阻抗匹配网络以及λ/4多节双频阻抗匹配网络,其中混合双频阻抗匹配网络采用双支节匹配与λ/4三节匹配级联的方式构成。这两种双频匹配网络不仅结构简单便于加工,而且还实现了低频比的复阻抗到实阻抗的双频匹配,使检波二极管能在两个频率点处获得最大功率。最后将两个双频匹配网络分别与检波二极管、微带滤波器整合在一起,构成了基于混合双频匹配的微带检波器和基于λ/4多节双频匹配的微带检波器。经过仿真优化,微带检波器能在两个频率点处匹配良好,电压驻波比小。本文设计的双频阻抗匹配网络为改善微带检波器电压驻波比,电压灵敏度等方面提供了一个新的思路。本文主要研究在以下几个方面:1、检波器当中的检波二极管采用的是安捷伦公司的HSCH-9161的砷化镓梁式引线检波二极管,因为该检波二极管在零偏置状态下也能正常工作,具有电压灵敏度高,频率响应速度快等特点。在ADS软件中建立微带低通滤波器的原理图,滤波器采用的是高低阻抗线结构的微带线来设计的,该结构的低通滤波器结构简单、便于加工、成本低廉。然后再HFSS中对滤波器进行建模,并进行优化仿真分析。2、研究的重点放在阻抗匹配网络,先从检波二极管以及低通滤波器构成的整体结构中提取阻抗值,在根据阻抗值设计了两个单频点的双支节匹配网络和λ/4三节阻抗匹配网络。在将这两个匹配网络级联在一起构成混合双频匹配网络,通过仿真分析匹配网络在两个频点处的匹配效果。然后在λ/4多节阻抗匹配的基础上设计了一个双频匹配网络,同样仿真分析它在两个频点上的匹配效果。3、将设计的混合双频匹配网络和λ/4多节阻抗匹配网络分别与检波二极管、微带低通滤波器连接在一起构成微带检波器。并在ADS中以S参数和电压驻波比为优化目标进行优化仿真。
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