A high isolation W-band MMIC drain type cascode single balanced mixer

We present a high isolation W-band MMIC drain type cascode single balanced mixer of high LO-to-RF isolation and wide band with conversion characteristic using the high directivity monolithic tandem couplers and 0.1 μm GaAs-based metamorphic high electron mobility transistors (MHEMTs). The fabricated mixer consists of two cascode MHEMT mixers and two tandem couplers using the air-bridge crossovers. We establish a drain type cascode mixer structure where the LO signal is applied to the drain port in the mixing component of common source MHEMT circuit. The tandem coupler exhibits good couplings (2.92-3.8 dB), low return losses (−32.7 dB), and isolations (15.4-39.2 dB) in a wide bandwidth of 75-110 GHz. The mixer shows a conversion loss of 9.8 dB at 94 GHz, an output P1dB of −14.8 dBm at LO frequency of 94.542 GHz, and LO-to-RF isolations of 29.5-39.5 dB at 94-100 GHz.     

A 385–500 GHz SIDEBAND-SEPARATING (2SB) SIS MIXER BASED ON A WAVEGUIDE SPLIT-BLOCK COUPLER

We have developed a 385–500 GHz sideband-separating (2SB) mixer, which is based on a waveguide split-block coupler at the edge of the H-plane of the 508 μm × 254 μm (WR 2.0) waveguide, for the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). An RF/LO coupler, which contains an RF quadrature hybrid, two LO couplers, and an in-phase power divider, was designed with the issue of mechanical tolerance taken into account. The RF/LO coupler was measured optically with a microscope and electrically with a submillimeter vector network analyzer. The image rejection ratio (IRR) and the single-sideband (SSB) noise temperature of the receiver using the RF/LO coupler have also been measured. The IRR was found to be larger than 8 dB and typically ∼ 12 dB in the 385–500 GHz band. The SSB noise temperature of this receiver is 80 K at the band center, which corresponds to 4 times the quantum noise limit (hf/k) in SSB, and 250 K at the band edges. An erratum to this article can be found at     

W波段回旋行波管输入输出段的改进设计

在回旋行波放大器的设计中,输入输出段的性能直接影响到整管输出功率、效率及增益。设计了一种采用渐变过渡段的输入耦合器来减少电子注在前端的截获,而且略微地提高了耦合特性,有效带宽达到4.06 GHz。采用二级切比雪夫渐变波导作为输出结构的耦合输出段,从仿真结果得到,在整个工作频段内,该结构中TE01工作模式的反射低于-20 dB,TE01模向杂模TE02和TE03的耦合分别在-20 dB和-30 dB以下。     

X波段高功率微波选模定向耦合器

高功率、长脉冲是高功率微波技术发展的趋势,提高微波器件的功率容量成为一项重要的任务,使用过模器件可以有效提高微波源的功率容量,然而却会带来微波源中同时存在多种模式的问题。为了识别一个X波段长脉冲过模高功率微波源的输出主模TM01模式,设计了一种在线选模定向耦合器,进行了理论分析和模拟优化设计。当频率范围为9.2~9.6 GHz时,模拟结果显示该选模耦合器对TM01模的耦合度为-54 dB,在400 MHz带宽内定向性大于35 dB,对TM02模的抑制度大于15 dB,功率容量可达到3 GW以上。     

Fin-line Pin diode BPSK and QPSK modulators

A low insertion lose fin-line PIN diode phase shifter is presented. 90° and 180° phase shifters are realized respectively. Phase error less than 5° and bandwidth 3 GHz at Ka band are achieved. The insertion loss is better than 0.5dB.The BPSK and QPSK modulators consisting of this phase shifter and fin-line coupler are also given. The circuits and results are given.     

熔锥型宽带耦合器的研制

介绍了全光纤熔融拉锥型3dB宽带耦合器的理论设计，根据理论设计制作了样品。应用耦合模理论分析了全光纤非对称熔融拉锥型耦合器的宽带特性；提出了3dB宽带耦合器的制作方案，在此基础上制作了样品；对样品进行测试，样品带宽大约为300nm(在1300nm～1600nm波长之间)，附加损耗小于0.5dB，完全达到了实用化的要求。     

L波段小型化同轴-共面波导定向耦合器

设计了一种适用于L波段高功率微波辐射场测量的同轴型定向耦合器。分别选择同轴线和金属底板共面波导（CBCPW）作为主副传输线,减小定向耦合器横截面积;利用小孔耦合理论和微元法对耦合结构进行理论分析,选择连续渐变的菱形耦合缝隙,缩短定向耦合器长度;采用数值模拟的方法对耦合器结构进行优化,并对其性能参数进行实验测试,结果表明, 在1~2 GHz频带范围内耦合度约为47 dB,方向性大于17 dB。     

基于混合左右手和人工传输线的平面双定向耦合器

利用人工传输线作为右手传输线,与混合左右手传输线(CRLH-TL)进行耦合,实现左手传输线和右手传输线的混合耦合,构造了一种新型的定向耦合器。该耦合器具有后向耦合、小型化、结构紧凑的特点。实验测试结果表明:耦合器的工作频率在1.3~1.8 GHz,相对百分比带宽达到32%,实现了10 dB的耦合度,比常规微带线定向耦合器具有更大的耦合度调节范围,隔离度大于25 dB。实验测试结果与电磁仿真结果相吻合。     

220GHz三级串联交错双栅慢波结构

提出了一种220 GHz三级串联的交错双栅行波管结构,针对影响整体传输性能的核心部件——输入输出耦合器进行了详细分析,并以此为基础设计了串联交错双栅慢波结构。通过数值模拟分析,确定了一种由齿深渐变光栅和半圆同心弯头组成的新型输出输入耦合结构。整管粒子仿真结果显示慢波结构内部没有出现振荡现象,且在220GHz达到了30dB增益,3dB带宽达到23GHz,有效改善了该类串联结构由于多个电子注加载通道造成的行波管传输特性下降问题。     

Operational Features of a Millimeter-Wave Balanced Mixer with a Broadband Intermediate-Frequency Output

We consider operational and structural features of a millimeter-wave balanced mixer with a broadband intermediate-frequency (IF) output. In this case, the heterodyne frequency is in the close vicinity of the IF band. The problem is reduced to an increase in isolation in the heterodyne-IF circuit along with the decrease in the mixer conversion loss in the broad IF band. As a result, we realized the mixer design with the following parameters: mixer input band 26-40 GHz, IF output band 0-18 GHz, conversion loss 6-8 dB, and heterodyne-IF isolation is 10-20 dB. The mixer circuit based on a combination of waveguide-slotted, coplanar, and microstrip transmission lines is studied.     

W波段TE02模式回旋行波管带宽输入耦合器设计

输入耦合器是回旋行波管的重要组成部分之一,其作用是将矩形波导TE₁₀模式的信号,通过模式变换结构转换为回旋放大器件中的模式,输入耦合器性能的优劣直接影响了回旋管整管的带宽等性能。通过对W波段TE₀₂模式回旋行波管的输入耦合器进行理论分析,指出影响主模传输损耗的一个因素是杂模的崛起使主模的传输系数降低,利用仿真软件进行仿真,通过优化耦合孔的尺寸,抑制杂模的产生,将损耗从3.9 dB降低到了0.8 dB。根据优化尺寸加工,实际测试,得到3.0 dB带宽7.9 GHz的输入耦合器,与设计符合较好。     

用于X波段模块化相对论速调管放大器在线测量的紧凑型定向耦合器设计

为实现模块化相对论速调管放大器功率、频率和相位的在线测量,对紧凑型高定向性高带宽的定向耦合器进行了仿真和实验研究。利用小孔耦合理论和相位叠加原理进行理论分析,设计了一种双孔紧凑型定向耦合器,在此基础上采用主、副波导正交连接,耦合孔沿轴向和角向二维分布的方法,进一步缩短了耦合器的长度。通过电磁仿真对耦合器各参数进行优化,模拟结果表明：当中心频率为10 GHz时,普通双孔定向耦合器对TM01模式的耦合度为-60.68 dB,在250 MHz的带宽内定向性大于20 dB,此时耦合区长度为3.49 cm。改进型定向耦合器对TM01模式的耦合度为-58.1 dB,在300 MHz的带宽内定向性大于20 dB,此时耦合区长度仅为1.8 cm（约0.6λ）。耦合器的冷腔实验测量结果与仿真结果符合较好。     

分布损耗加载回旋行波管多模稳态注波互作用理论与比较证实

基于目前国际上实验研究的均匀介质加载和周期介质加载结构,建立了一种分布式损耗加载回旋行波管(gyro-TWT)多模稳态注波互作用理论.利用这一理论,以TE01模式基波gyro-TWT注波互作用为例,将Ka和W波段的理论结果与实验和软件仿真进行比较,以证实理论的合理性.     

Double-layer microwave absorber of nanocrystalline strontium ferrite and iron microfibers

Microwave absorption properties of the nanocrystalline strontium ferrite (SrFe₁₂O₁₉) and iron (α-Fe) microfibers for single-layer and double-layer structures are investigated in a frequency range of 2 GHz-18 GHz. For the single-layer absorbers, the nanocrystalline SrFe₁₂O₁₉ microfibers show some microwave absorptions at 6 GHz-18 GHz, with a minimum reflection loss (RL) value of -11.9 dB at 14.1 GHz for a specimen thickness of 3.0 mm, while for the nanocrystalline α-Fe microfibers, their absorptions largely take place at 15 GHz-18 GHz with the RL value exceeding -10 dB, with a minimum RL value of about -24 dB at 17.5 GHz for a specimen thickness of 0.7 mm. For the double-layer absorber with an absorbing layer of α-Fe microfibers with a thickness of 0.7 mm and matching layer of SrFe₁₂O₁₉ microfibers with a thickness of 1.3 mm, the minimum RL value is about -63 dB at 16.4 GHz and the absorption band width is about 6.7 GHz ranging from 11.3 GHz to 18 GHz with the RL value exceeding -10 dB which covers the whole K_u-band (12.4 GHz-18 GHz) and 27% of X-band (8.2 GHz-12.4 GHz).     

一种用于60 GHz通信的S型结构左手材料的设计

基于对S型结构的理论分析,将中心频率设置为60 GHz,通过合理的改变单元结构中相应的尺寸以实现所需电谐振和磁谐振频率,并且经过优化以实现负介电常量和负磁导率的重合频段尽可能理想. 运用反演参量提取方法进行电磁参量提取,可以得到本设计在58.1~61.4 GHz频段内其ε和μ同时为负,即左手频段. 分析散射参量的仿真结果,在58~62 GHz频段内S₂₁大于-3 dB,在59.8~60.4 GHz频段内,S₁₁小于-20 dB,因此该设计结果可以运用于60 GHz通信滤波器和天线等器件的研究与设计.     

Characteristics of a Mixer-Amplifier Module for 3-mm Wavelength Receivers of Multibeam Imaging Systems

We briefly describe the design and the method and results of measurements of a miniature mixer-amplifier module (MAM). The double-sideband noise temperature is less than 1000 K at 81-121 GHz frequencies and is 390±30 K at 115 GHz. The gain is between 49 and 56 dB and the intermediate frequency band is from 1 to 2 GHz.     

一种基于十字镂空结构的低频超材料吸波体的设计与制备

设计了一种十字镂空的超材料结构,与传统的铁磁吸波材料相结合,实现了低频吸收频带的扩宽.仿真结果显示,吸波体在2-4 GHz范围可以实现-10 dB以下的吸收,相比于没有加载超材料的情况,吸收带宽扩展了0.5 GHz.实验结果在2.5-5.1 GHz范围内也显示了相似的吸收曲线,低于-9 dB的吸收频带有0.48 GHz的扩宽,扩展了23%.不同结构的能量损耗密度分布表明,相比于无镂空的十字结构,镂空十字结构可以增加磁场能量损耗,加强单元结构之间的耦合,降低超材料对传统吸波材料性能的破坏.探索了传统铁磁吸波材料厚度的变化对吸波体吸收性能的影响,发现由超材料引入的附加峰位置不随着吸波材料厚度的改变而明显地移动.根据这个结果,进一步设计了由两种超材料叠加组合而成的吸波体,仿真结果和实验结果均显示,在降低了1.1 mm铁磁吸波材料层厚度的情况下,使低频吸收带宽又扩展了0.9 GHz.     

具有高隔离度的双陷波超宽带多入多出天线

提出了一款具有高隔离度的双陷波超宽带多入多出(UWB MIMO)天线。该天线由两个相同的半切超宽带天线单元倒置构成。通过在天线底板刻蚀栅栏型缺陷地解耦结构,使该MIMO天线的隔离度提高至25 dB。此外,在天线半圆形辐射贴片上刻蚀两个方向相反的"L"型缝隙,实现了双陷波的功能,分别抑制了802.16无线城域网WiMAX(3.2~3.7 GHz)和WLAN(5.15~5.85 GHz)信号对天线系统的干扰。实验结果表明,该天线在3~11 GHz工作带宽内的隔离度大于25 dB,包络相关系数(ECC)小于0.004;第一个陷波频段为3.0~3.7 GHz,第二个陷波频段为5.1~5.85 GHz,有效抑制了WiMAX和WLAN的信号干扰。     

X波段高功率宽带选模定向耦合器

过模圆波导在提高功率容量的同时,不可避免地会造成微波源中同时存在多种模式。为了监测X波段长脉冲高功率微波源TM₀₁模的输出功率和频谱,采用CST软件仿真设计了X波段高功率宽带选模定向耦合器,在耦合TM₀₁模的同时可实现对TM₀₂和TE₁₁模的抑制。波导腔体及耦合孔的尺寸以小孔耦合理论和相位叠加原理为基础并结合切比雪夫分布函数计算确定。仿真结果表明:该高功率宽带选模定向耦合器在9.0~9.8 GHz的带宽范围内,耦合度为(-59.08±1) dB,定向性大于30 dB,对TE₁₁模的抑制度大于15 dB,对TM₀₂模的抑制度大于30 dB,功率容量大于2.5 GW。     

圆环单元FSS对改善吸波体雷达吸波特性的影响

设计了圆环单元的频率选择表面（FSS）结构,并将该结构置于吸波材料中构成了复合吸波结构。利用谱域法对该结构进行数值模拟,计算出频率为2～16GHz微波波段的反射系数,并研究了圆环单元尺寸和排布周期对其吸波特性的影响。结果表明：当圆环单元FSS的单元间距为10mm,单元尺寸为3．3mm时,其共振频率的反射率由-8．15dB降低为-14．54dB,-5dB吸波带宽由1．2GHz拓展为3．05GHz;且随圆环单元尺寸增大,共振反射率增加;随单元排列周期增加,吸波材料带宽增大。结果表明,利用FSS可以明显改善吸波材料涂层的吸波性能,通过凋整相关参数可以获得所需的复合吸波结构,拓展FSS在吸波材料中的应用范围。