Разработка и исследование электрических параметров балансного смесителя W-диапазона

K. V. Bilinskiy, E. V. Emelyanov, V. A. Burmistrova, K. S. Lang

Аннотация


Данная статья посвящена разработке балансного смесителя W-диапазона (75–110 ГГц), который востребован в приемопередающих устройствах и измерительном оборудовании КВЧ-диапазона. Описано конструктивное устройство и принцип действия смесителя, реализованного в виде гибридно-интегральной схемы, размещенной в металлическом корпусе с волноводными выводами. В качестве нелинейного элемента используются диоды с барьером Шоттки. Изложен теоретический анализ потерь преобразования смесителя. Рассмотрен метод расчета на основе электродинамического моделирования и нелинейного анализа с использованием расчетной модели нелинейного элемента. Приведены процесс проектирования и результаты электродинамического моделирования узлов волноводно-микрополосковой конструкции смесителя. Описана методика измерений основных электрических параметров. Представлены экспериментальные результаты исследования, в частности потери преобразования, коэффициент шума, возвратные потери, развязки.

Ключевые слова


балансный смеситель; нелинейный элемент; диод с барьером Шоттки; потери преобразования; расчетная модель

Полный текст:

PDF

Литература


Zhang H., Lan Y., Qiu S., Min S., Jang H., Park J., et al. Flexible and Stretchable Microwave Electronics: Past, Present, and Future Perspective. Advanced Materials Technologies. 2020;6(1):2000759. DOI: 10.1002/admt.202000759.

Липатников В. А., Кузин П. И., Рабин А. В. Метод повышения надежности помехозащищенности при приеме информации в системах радиосвязи СВЧ и КВЧ-диапазонов. Радиотехника. 2020;84(8):5–12. DOI: 10.18127/j00338486-202008(16)-01.

Борзов А. Б., Лихоеденко К. П., Муратов И. В., Павлов Г. Л., Сучков В. Б. Пути развития радиолокационных систем ближнего действия миллиметрового диапазона волн. Журнал радиоэлектроники. 2009;(10):1–11.

Chen L. F., Ong C. K., Neo C. P., Varadan V. V., Varadan V. K. Microwave Electronics: Measurement and Material Characterization. Chichester (W. Suss.): John Wiley and Sons, Ltd; 2004. 537 p. DOI: 10.1002/0470020466.

Матвеев В. И., Потапов А. И. Микроволновая дефектоскопия. Контроль. Диагностика. 2022;(5):42–47. DOI: 10.14489/td.2022.05.pp.042-047.

Изюмов Д. Б., Кондратюк Е. Л. Зарубежный опыт использования терагерцового диапазона частот при разработке вооружения, военной и специальной техники. Инноватика и экспертиза. 2018;1(22):153–168.

Щеткин В. А., Чукина Е. А., Спиридонова Т. Г., Боровкова Н. В., Береснева Э. А., Жиркова Е. А., и др. Крайне высокочастотная терапия в комплексном лечении пневмонии у пациентов с ожоговой и ингаляционной травмой. Журнал им. Н. В. Склифосовского «Скорая медицинская помощь». 2018;7(4):335–340. DOI: 10.23934/2223-9022-2018-7-4-335-340.

Савельев С. В., Бецкий О. В., Морозова Л. А. Основные положения теории воздействия миллиметровых волн на водосодержащие и живые биологические объекты. Журнал радиоэлектроники. 2012;(11):1–12.

Мальцева Н. С., Бондаренко Д. С., Осовский А. В., Кутузов Д. В., Шардакова В. С. Влияние факторов окружающей среды на системы связи пятого поколения. Автоматика и программная инженерия. 2022;3(41):54–59.

Xu Z., Xu J., Meng H., Qian C. A balanced sub-harmonic mixer for EHF satellite communications. IEICE Electronics Express. 2018;15(22):1–6. DOI:10.1587/elex.15.20180931.

Thomas B., Maestrini A., Gill J., Lee C., Lin R., Mehdi I., et al. An 874 GHz fundamental balanced mixer based on MMIC membrane planar Schottky diodes. In: 21st International Symposium on Space Terahertz Technology 2010. (ISSTT 2010). 23–25 March 2010. Oxford and Didcot, United Kingdom. NY: Curran Associates, Inc.; 2010. P. 128–131.

Карпов Ю. А. Смесители, преобразователи, умножители и делители частоты СВЧ-диапазона отечественного производства. Компоненты и технологии. 2008;(9):22–27.

Дингес С. И., Кочемасов В. Н. СВЧ-преобразователи частоты. Часть 4. Подсистемы преобразования частот. Компоненты и технологии. 2018;(7):52–56.

Давыдов А. Д., Волгин В. М. Электрохимическое локальное безмасковое микро/наноразмерное осаждение, растворение и оксидирование металлов и полупроводников (обзор). Электрохимия. 2020;56(1):56–86. DOI: 10.31857/S042485702001003X.

Стриха В. И. (ред.), Бузанева Е. В., Радзиевский И. А. Полупроводниковые приборы с барьером Шоттки: Физика. Технология. Применение. М.: Советское радио;1974. С. 129–143.

Билинский К. В. Разработка преобразователей частоты КВЧ диапазона. Дис. … канд. техн. наук. Томск; Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники; 2024. URL: https://postgraduate.tusur.ru/urls/h8g5nfcv (дата обращения 08.01.2025).

Торхов Н. А., Бабак Л. И., Коколов А. А. Применение диодов Шоттки в терагерцовом частотном диапазоне. Физика и техника полупроводников. 2019;53(12):1697–1707. DOI: 10.21883/FTP.2019.12.48630.9215.

Tang A. Y., Drakinskiy V. V., Yhland K., Stenarson J., Bryllert T., Stake J. Analytical Extraction of a Schottky Diode Model From Broadband S-Parameters. IEEE Transactions on microwave theory and techniques. 2013;61(5):1870–1878. DOI: 10.1109/TMTT.2013.2251655.

Nadri S., Xie L., Jafari M., Bauwens M. F., Arsenovic A., Weikle R. M. Measurement and Extraction of Parasitic Parameters of Quasi-Vertical Schottky Diodes at Submillimeter Wavelengths. IEEE Microwave and wireless components letters. 2019;29(7):474–476. DOI: 10.1109/LMWC.2019.2918295.

Somjit N., Robertson I., Chongcheawchamnan M. Microwave and Millimetre-Wave Design for Wireless Communications. Chichester, West Sussex, UK: Wiley and Sons, Ltd; 2016. Р. 515–538. DOI: 10.1002/9781118917312.

Дроздов А. В., Данилов Д. С., Юнусов И. В., Гошин Г. Г. Моделирование диодов с барьером Шоттки для применения в монолитных интегральных схемах СВЧ. Доклады ТУСУР. 2018;21(1):28–31. DOI 10.21293/1818-0442-2018-21-1-28-31.

Пивак А., Репин А. Измерение параметров усилителей, смесителей и дифференциальных устройств с помощью векторного анализатора цепей. Электроника: Наука. Технология. Бизнес. 2018;(5):120–127. DOI: 10.22184/1992-4178.2018.176.5.120.127.

Соковишин М. Основы измерения коэффициента шума в радиочастотном и микроволновом диапазонах. Часть 2. Современная электроника. 2015;(6):86–91.




DOI: https://doi.org/10.15826/urej.2025.9.2.002