1 引言
　　倍頻器是無線電技術高頻電路中重要的非線性電路，作為基本的電子器件，被廣泛應用于發(fā)射機、頻率合成器、接收機本振源等各種電子設備中。亞毫米波倍頻器可以降低設備的主振頻率和擴展工作頻段，同時，由于其輸出頻率可以在輸入頻率的 n 次諧波上選取，因而所需的輸入信號源可以選擇在技術上相對成熟的毫米波頻段上制作，從而為保證所需的頻率穩(wěn)定度和相噪特性提供了條件，同時，固態(tài)倍頻器體積小、易于集成而且使用壽命較長。因此，目前小功率的亞毫米波固態(tài)源主要依靠倍頻方法實現(xiàn)。
　　亞毫米波在長波段與毫米波相重合，而在短波段，與紅外線相重合，可見亞毫米波波在電磁波頻譜中占有很特殊的位置。由于起所處的特殊位置，亞毫米波具有一系列特殊的性質，在頻域上，亞毫米波處于宏觀經典理論向微觀量子理論的過渡區(qū)，處于電子學向光子學的過渡。它的量子能量很低，信噪比很高，頻率極寬。它覆蓋各種蛋白質在內的大分子的轉動和振蕩頻率。因此，在學術上有很重要的學術價值，在科學技術上及工業(yè)上有很多很誘人的應用：如信息科學方面的超高速成像信號處理，大容量數(shù)據(jù)傳輸;材料處理，分層成像技術，生物成像;等離子體聚變的診斷;天文學及環(huán)境科學等。而且在國防上也有著及其重要的應用前景。
　　2 三倍頻器的設計
　　2.1 總體方案
　　本方案采用標準波導輸入，通過懸置微帶探針過渡，接低通濾波器，在低通濾波器末端接輸入匹配段，后接同向并聯(lián)的二極管對，之后輸出結構為懸置微帶到標準波導的過渡。方案框圖如下：
　　2.2 傳輸線和介質基片的選擇
　　由于本倍頻器工作的頻率達到220GHz，故傳輸線采用懸置微帶線，其電磁場的大部分集中在空氣中，因而其有效介電常數(shù)接近于1，使其電參數(shù)與空氣線的電參數(shù)接近，接近于無色散特性；而且介質的損耗大大減小了，故具有比微帶線更高的Q值（500～1500），而且此傳輸線可實現(xiàn)很寬范圍的阻抗值，這樣利于阻抗匹配。［2］另外，為抑制由不連續(xù)帶來的高次模，要仔細選擇腔體的大小。
2.3 懸置微帶與波導的過渡結構
　　懸置微帶線到波導的過渡，結構有兩種主要形式：懸置微帶探針法向與波導傳播方向平行；懸置微帶探針法向與波導傳播方向垂直。選取的原則是：加工方便，本文根據(jù)這一原則選擇懸置微帶面法向與波導傳播方向垂直的方案。波導終端短路長度取1/4個波導波長以保證探針在波導內處于最大電壓，即電場強度最強位置，以達到盡量高的耦合效率以減小插入損耗和回波損耗。
　　對于本文的倍頻器，需要設計兩個探針過渡：73GHz輸入探針和220GHz輸出探針。在綜合考慮抑制高次模，減低從懸置微帶到濾波器的不連續(xù)性以及加工精度能力之后，本文在輸入過渡部分選擇了最為直接的探針過渡結構：沒有使用抑制腔，通過減低懸置微帶腔體尺寸來抑制高次模，并且采用漸變探針以降低不連續(xù)性。以下為73GHz輸入端探針的仿真模型和結果。在70GHz~80GHz范圍內插損小于0.05dB，回波損耗大于20dB。
　　220GHz輸出探針過渡也采用了相似的結構，在210GHz~227GHz頻帶內達到了與以上性能相當?shù)腟參數(shù)指標。
　　
　　
　　圖2 輸入探針仿真模型與結果
　　2.4 低通濾波器的設計
　　微帶線低通濾波器用于通過基波（71.7~75GHz），并阻止由并聯(lián)二極管對產生的三次諧波（215~ 225GHz）信號由微帶線返回到輸入電路，在此利用高低阻抗線結構實現(xiàn)該低通濾波器。由于該濾波器工作頻率較高，在設計時發(fā)現(xiàn)高阻線極細（0.02mm），這對加工精度有較高的要求。本設計選擇的是石英基片，可以達到該精度要求。利用HFSS仿真的結果如下圖，從仿真結果可看出該濾波器對基波的損耗小于0.15dB，對三次諧波的抑制度在40dB以上，對二次諧波的抑制度在25dB以上，這說明在該低通濾波器后的二極管對產生的諧波信號基本不會泄露到輸入端。