一种低成本小型化倍频组件的设计

尹红波

（船舶重工集团公司723所，扬州 225001）

0 引 言

随着微波技术的发展，倍频器作为一个基本的电子部件，被广泛应用于雷达、通信、电子战、频率合成器等各种电子设备中。本文的倍频组件是为满足某雷达模拟器系统需要而设计的，通过外部一个晶体振荡器的输入，得到多个成整数倍的高稳定度、低相位噪声的倍频频率。此组件要求体积小、成本低、性能稳定可靠［1］。

1 倍频组件的设计方案

本组件技术要求如下（见图1）：

（1）输入频率100 MHz，功率0±1 dBm，为晶体振荡器输入。

（2）输出频率1、2、3为100 MHz，功率2±1 dBm。

（3）输出频率4为200 MHz，功率2±1 dBm。

（4）输出频率5、6为1 000 MHz，功率2±1 dBm。

（5）输出频率7、8为1 500 MHz，功率13±1 dBm。

（6）输出信号杂散、谐波：≤－50 d Bc。

本组件设计方案框图如图1所示，主要考虑点就是怎样把组件的体积尽量减小、成本尽量降低。在倍频组件中，滤波器占了很大一部分体积和成本，要降低成本和体积就是要尽量压低滤波器的尺寸和个数，这就要选择合适的方案。

在此倍频组件方案中，如果直接在输入端用谐波谱发生器去倍频，那么出来的频谱分量会非常多，相连频谱的功率值相差很小。在这种情况下，要选取所需要的频点，则对各个滤波器要求很高，滤波器实现起来，节数会很多，体积会很大，成本也就相应提高了；而且谐波谱发生器本身成本也较高，体积较大，不适合低成本、小体积的要求。

因此，有针对性地选择频点去分别多次倍频，设计方案如图1所示。倍频主要用 Mini－circuits的AMK－2－13＋实现二倍频和Avago公司的PIN二极管HSMP－3822实现五倍频和三倍频。此2种器件体积小，成本低，摆放灵活。

图1 倍频组件设计方案框图

输出100 MHz的3路信号是输入端晶振信号直接分路放大出来的。此3路信号的干扰信号就只有谐波，在此只需用Mini－circuits公司的LTCC低成本小型化1206封装的低通滤波器LFCN－80＋就可以轻松滤除。为了防止输出端有别的干扰信号输入进来，干扰有用信号，先把信号功分3路，然后再在各输出端口低通滤波。

输出200 MHz的一路信号是输入端晶振信号分路后采用 Mini－circuits公司的 AMK－2－13＋二倍频器实现的。此倍频器对1次和3次谐波有很高的抑制作用，这样对200 MHz滤波器要求就大大降低了，在此只需要借助ADS仿真软件就可以轻松设计一个200 MHz的5阶LC高通滤波器和一个200 MHz的5阶 LC 低通滤波器［2］，再配合 Minicircuits公司1206封装的LFCN－190＋低通滤波就可以轻松滤除杂散和谐波。

输出1 000 MHz的2路信号是输入端晶振信号分路后采用Avago公司的PIN二极管HSMP－3822五倍频，然后再用 Mini－circuits公司的AMK－2－13＋二倍频，再滤波分路实现的。

输出1 500 MHz的2路信号是在前面晶振信号五倍频到500 MHz后，再通过HSMP－3822三倍频，然后分别放大滤波实现的。此2路信号分别放大滤波是为了防止输出端有干扰信号输入进来，干扰有用信号。

在1 000 MHz和1 500 MHz信号实现过程中，主要是 HSMP－3822器件的应用。根据 HSMP－3822器件参数调整输入输出匹配网络，可以很好地实现三倍频和五倍频。五倍频实现电路及频谱特性见图2，500 MHz三倍频也是类似电路，根据器件参数，稍微调整一下输入输出匹配。

由图2可以很清楚地看到，五倍频到500 MHz后，对相邻频率有较好的抑制作用，这样，对后面的500 MHz滤波器要求就大为降低，小体积、低成本滤波器实现起来较容易。

同样的，AMK－2－13＋对 500 MHz二倍频，HSMP－3822对500 MHz三倍频，得到1 000 MHz和1 500 MHz频点，同时对其相邻频点都有较好的抑制作用，这样，对后面的1 000 MHz和1 500 MHz滤波器要求大为降低。

图3 HSMP－3822五倍频频谱示意图

在 此，通 过 对 500 MHz，1 000 MHz，1 500 MHz 3款滤波器带外抑制点的计算，选用小体积、低成本的介质滤波器，可以很轻松地满足指标要求。

2 PCB设计时需注意的问题

由于此板体积较小，射频信号频点较多，为了防止各信号间相互干扰及信号自激，应合理地布局信号走向，尽量把各频点信号空间隔离开来，并且做好电源滤波，防止各信号通过电源线相互干扰，同时尽量通过过孔大面积接地，使整个PCB板等地电位，增加PCB板的抗干扰能力。PCB板布局见图4。

3 测试结果

此倍频组件测试结果见表1。

由此表可以看出，此结果达到预期设计要求。经环境实验表明此组件在＋70℃～－40℃环境中工作稳定可靠。此组件尺寸大小：120 mm×89 mm×18 mm。

图4 倍频组件设计PCB图

表1 各端口指标测试结果

4 结束语

灵活的设计方案、合适的器件选择、先进的仿真软件可以极大地提高设计效率，缩短生产周期，降低生产成本。本文设计的倍频组件达到了低成本、小型化的目的，经实际使用，产品指标合格，性能稳定，安装灵活简单，能达到预先设计目的。

［1］朱志勇，王积勤.微波倍频器的发展与设计［J］.制导与引言，2003（9）：46－50.

［2］森荣二.LC滤波器设计与制作［M］.薛培鼎译.北京：科学出版社，2006.