论文部分内容阅读
混频器作为超外差接收机的重要组成部分,在电子通信、遥感、遥控、探测侦查与电子对抗等领域中扮演着至关重要的角色。随着二维材料石墨烯特殊电子性能的初步证明与不断深入的研究,证明了石墨烯电路具有自然均匀的谐波抑制特性,该特性非常适合石墨烯谐波混频器的研制。目前,关于石墨烯谐波混频器的研究集中在毫米波频段,且变频损耗过大,微波频段石墨烯谐波混频器的相关研究较少。本文针对微波石墨烯谐波混频器的研究,结合传统肖特基二极管谐波混频器的验证,根据石墨烯非线性特性与反向并联二极管对的非线性特性相似,在电感电容谐振器和微带反射短截线的基础上,探索了微波石墨烯谐波混频器的可实现性,表明石墨烯谐波混频器的研究意义。本文分析了混频器对通信系统的影响,总结近年来石墨烯谐波混频器国内外研究现状,阐述了石墨烯谐波混频器的可研究性及设计难点。在微波频段肖特基二极管谐波混频器的验证基础上,研制了一款2.4GHz石墨烯谐波混频器。利用安捷伦公司ADS(Advanced Design System)软件进行电路仿真,结合矢量网络分析仪和频谱分析仪进行测试。主要工作内容如下:(1)验证传统肖特基二极管谐波混频器。利用电感电容谐振器及微带反射短截线组成枝节回收网络,根据ADS仿真的各端口阻抗值进行阻抗匹配,采用单元电路仿真法与谐波平衡法对整体电路进行仿真优化。选取介质基片与二极管,在加工完成的PCB测试板上进行测试。测试结果表明:二次谐波中频输出最优变频损耗约为9dB。这一验证过程为微波石墨烯谐波混频器的研究提供了理论与实践的指导。(2)研究微波石墨烯谐波混频器。在肖特基二极管谐波混频器的验证基础上,分析讨论石墨烯的非线性特性及谐波混频特性。使用2.4GHz射频输入信号和1GHz本振信号。通过从高取向热解石墨上机械剥离的几层石墨烯薄膜,探索微波频段石墨烯谐波混频器的可实现性。电路中利用电感电容谐振器及微带反射短截线组成枝节回收网络,微带间隙为0.3mm,根据端口阻抗值50?进行阻抗匹配。在PCB测试板的微带间隙上,反复粘贴多层石墨烯进行测试。测试结果表明:二次谐波中频输出最优变频损耗为19.31dB,达到预期指标。(3)对比分析微波石墨烯谐波混频器与传统肖特基二极管谐波混频器拓扑结构与变频损耗。从拓扑结构与变频损耗两个方面讨论微波石墨烯混频器的可研究性及面临的挑战,表明了石墨烯谐波混频器的研究意义。本文研究的新型二维材料石墨烯谐波混频器,为今后深入探索石墨烯谐波混频器提供了参考。通过测试结果分析,在结论部分提出了2.4GHz石墨烯谐波混频器变频损耗的可能性改善措施。