一種低成本小型化倍頻組件的設(shè)計

尹紅波

（船舶重工集團公司723所，揚州 225001）

0 引 言

隨著微波技術(shù)的發(fā)展，倍頻器作為一個基本的電子部件，被廣泛應(yīng)用于雷達、通信、電子戰(zhàn)、頻率合成器等各種電子設(shè)備中。本文的倍頻組件是為滿足某雷達模擬器系統(tǒng)需要而設(shè)計的，通過外部一個晶體振蕩器的輸入，得到多個成整數(shù)倍的高穩(wěn)定度、低相位噪聲的倍頻頻率。此組件要求體積小、成本低、性能穩(wěn)定可靠［1］。

1 倍頻組件的設(shè)計方案

本組件技術(shù)要求如下（見圖1）：

（1）輸入頻率100 MHz，功率0±1 dBm，為晶體振蕩器輸入。

（2）輸出頻率1、2、3為100 MHz，功率2±1 dBm。

（3）輸出頻率4為200 MHz，功率2±1 dBm。

（4）輸出頻率5、6為1 000 MHz，功率2±1 dBm。

（5）輸出頻率7、8為1 500 MHz，功率13±1 dBm。

（6）輸出信號雜散、諧波：≤－50 d Bc。

本組件設(shè)計方案框圖如圖1所示，主要考慮點就是怎樣把組件的體積盡量減小、成本盡量降低。在倍頻組件中，濾波器占了很大一部分體積和成本，要降低成本和體積就是要盡量壓低濾波器的尺寸和個數(shù)，這就要選擇合適的方案。

在此倍頻組件方案中，如果直接在輸入端用諧波譜發(fā)生器去倍頻，那么出來的頻譜分量會非常多，相連頻譜的功率值相差很小。在這種情況下，要選取所需要的頻點，則對各個濾波器要求很高，濾波器實現(xiàn)起來，節(jié)數(shù)會很多，體積會很大，成本也就相應(yīng)提高了；而且諧波譜發(fā)生器本身成本也較高，體積較大，不適合低成本、小體積的要求。

因此，有針對性地選擇頻點去分別多次倍頻，設(shè)計方案如圖1所示。倍頻主要用 Mini－circuits的AMK－2－13＋實現(xiàn)二倍頻和Avago公司的PIN二極管HSMP－3822實現(xiàn)五倍頻和三倍頻。此2種器件體積小，成本低，擺放靈活。

圖1 倍頻組件設(shè)計方案框圖

輸出100 MHz的3路信號是輸入端晶振信號直接分路放大出來的。此3路信號的干擾信號就只有諧波，在此只需用Mini－circuits公司的LTCC低成本小型化1206封裝的低通濾波器LFCN－80＋就可以輕松濾除。為了防止輸出端有別的干擾信號輸入進來，干擾有用信號，先把信號功分3路，然后再在各輸出端口低通濾波。

輸出200 MHz的一路信號是輸入端晶振信號分路后采用 Mini－circuits公司的 AMK－2－13＋二倍頻器實現(xiàn)的。此倍頻器對1次和3次諧波有很高的抑制作用，這樣對200 MHz濾波器要求就大大降低了，在此只需要借助ADS仿真軟件就可以輕松設(shè)計一個200 MHz的5階LC高通濾波器和一個200 MHz的5階 LC 低通濾波器［2］，再配合 Minicircuits公司1206封裝的LFCN－190＋低通濾波就可以輕松濾除雜散和諧波。

輸出1 000 MHz的2路信號是輸入端晶振信號分路后采用Avago公司的PIN二極管HSMP－3822五倍頻，然后再用 Mini－circuits公司的AMK－2－13＋二倍頻，再濾波分路實現(xiàn)的。

輸出1 500 MHz的2路信號是在前面晶振信號五倍頻到500 MHz后，再通過HSMP－3822三倍頻，然后分別放大濾波實現(xiàn)的。此2路信號分別放大濾波是為了防止輸出端有干擾信號輸入進來，干擾有用信號。

在1 000 MHz和1 500 MHz信號實現(xiàn)過程中，主要是 HSMP－3822器件的應(yīng)用。根據(jù) HSMP－3822器件參數(shù)調(diào)整輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，可以很好地實現(xiàn)三倍頻和五倍頻。五倍頻實現(xiàn)電路及頻譜特性見圖2，500 MHz三倍頻也是類似電路，根據(jù)器件參數(shù)，稍微調(diào)整一下輸入輸出匹配。

由圖2可以很清楚地看到，五倍頻到500 MHz后，對相鄰頻率有較好的抑制作用，這樣，對后面的500 MHz濾波器要求就大為降低，小體積、低成本濾波器實現(xiàn)起來較容易。

同樣的，AMK－2－13＋對 500 MHz二倍頻，HSMP－3822對500 MHz三倍頻，得到1 000 MHz和1 500 MHz頻點，同時對其相鄰頻點都有較好的抑制作用，這樣，對后面的1 000 MHz和1 500 MHz濾波器要求大為降低。

圖3 HSMP－3822五倍頻頻譜示意圖

在 此，通 過 對 500 MHz，1 000 MHz，1 500 MHz 3款濾波器帶外抑制點的計算，選用小體積、低成本的介質(zhì)濾波器，可以很輕松地滿足指標要求。

2 PCB設(shè)計時需注意的問題

由于此板體積較小，射頻信號頻點較多，為了防止各信號間相互干擾及信號自激，應(yīng)合理地布局信號走向，盡量把各頻點信號空間隔離開來，并且做好電源濾波，防止各信號通過電源線相互干擾，同時盡量通過過孔大面積接地，使整個PCB板等地電位，增加PCB板的抗干擾能力。PCB板布局見圖4。

3 測試結(jié)果

此倍頻組件測試結(jié)果見表1。

由此表可以看出，此結(jié)果達到預(yù)期設(shè)計要求。經(jīng)環(huán)境實驗表明此組件在＋70℃～－40℃環(huán)境中工作穩(wěn)定可靠。此組件尺寸大?。?20 mm×89 mm×18 mm。

圖4 倍頻組件設(shè)計PCB圖

表1 各端口指標測試結(jié)果

4 結(jié)束語

靈活的設(shè)計方案、合適的器件選擇、先進的仿真軟件可以極大地提高設(shè)計效率，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。本文設(shè)計的倍頻組件達到了低成本、小型化的目的，經(jīng)實際使用，產(chǎn)品指標合格，性能穩(wěn)定，安裝靈活簡單，能達到預(yù)先設(shè)計目的。

［1］朱志勇，王積勤.微波倍頻器的發(fā)展與設(shè)計［J］.制導與引言，2003（9）：46－50.

［2］森榮二.LC濾波器設(shè)計與制作［M］.薛培鼎譯.北京：科學出版社，2006.