一种V波段毫米波检波器的设计方法与流程

一种v波段毫米波检波器的设计方法
技术领域
[0001]
本发明涉及检波器技术领域，具体涉及一种v波段毫米波检波器的设计方法。


背景技术：

[0002]
早期的检波器通常由触须式肖特基二极管来实现，这种检波器结构简单，但是由于触须式肖特基二极管属于立体结构，不利于集成设计，因此检波器往往以单个模块的形式存在。此外，触须键合线的寄生参量往往会影响检波器的高频响应特性。


技术实现要素：

[0003]
本发明主要解决的技术问题是提供一种集成化设计的检波器。
[0004]
本发明提供一种v波段毫米波检波器的设计方法，包括：
[0005]
获取检波器设计参数；
[0006]
根据所述检波器设计参数，建立微带探针模型，并根据所述微带特征模型，得到探针的尺寸；
[0007]
根据预设的二极管小信号模型设计输入匹配电路，对输入匹配电路进行仿真和优化，得到所述输入匹配电路的尺寸；
[0008]
根据检波输出的视频频率，建立低通滤波器的模型，对所述低通滤波器的模型进行仿真和优化，得到所述低通滤波器的尺寸；
[0009]
对探针、二极管小信号模型、输入匹配电路和低通滤波器进行联合仿真和优化，得到所述检波器的电路尺寸。
[0010]
进一步地，所述二极管小信号模型包括：第一电感、第一电阻、第一电容、第二电容和第二电阻；
[0011]
所述第一电感的一端与二极管小信号模型的输入端连接，第一电感的另一端依次经过第一电阻和第一电容后与二极管小信号模型的输出端连接，第一电感的另一端还经过第二电容与二极管小信号模型的输出端连接，所述第二电阻并联在第一电容的两端。
[0012]
进一步地，根据检波输出的视频频率，建立低通滤波器的模型，对所述低通滤波器的模型进行仿真和优化，得到所述低通滤波器的尺寸，包括：
[0013]
根据检波器设计参数，确定低通滤波器的阶数，并在预设数据库中查找低通滤波器归一化各元件的参量值；
[0014]
将所述低通滤波器归一化各阶元件的参量值转化为低通滤波器的元件值；
[0015]
根据低通滤波器的元件值和预设边缘电容值，计算所述低通滤波器的尺寸。
[0016]
进一步地，所述将所述低通滤波器归一化各元件的参量值转化为低通滤波器的元件值包括：
[0017]
根据公式(1)、(2)和(3)得到低通滤波器的元件值:
[0018]
[0019][0020][0021]
其中，r
′
、l
′
、c
′
是归一化各元件的值，r
′0＝1,ω
′1＝1，r、l、c为低通滤波器各元件的元件值。
[0022]
进一步地，根据低通滤波器的元件值和预设边缘电容值，计算所述低通滤波器的尺寸，包括：
[0023]
根据公式(4)和(5)计算所述低通滤波器的尺寸：
[0024][0025][0026]
其中，ω1是滤波器的截止频率，v
h
是空气中的光速，v
l
是介质中的光速，c
f
是边缘电容，z
h
是滤波器设计的高阻线阻抗，z
l
是滤波器设计的高低阻线阻抗，y
h
和y
l
分别是z
h
和z
l
对应的导纳值。
[0027]
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
[0028]
本发明通过仿真和优化得到输入匹配电路和视频输出低通滤波器，最终得到一种v波段的高灵敏度检波器，降低了复杂的电磁场计算，并且易于加工装配和集成，大大减少了检波器的设计和调试时间。
附图说明
[0029]
图1是本发明提供的v波段毫米波检波器的设计方法的流程图；
[0030]
图2是波导微带探针的模型图。
具体实施方式
[0031]
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0032]
请参考图1，图1是本发明提供的v波段毫米波检波器的设计方法的流程图，所述的设计方法包括步骤s10至步骤s50，下面具体说明。
[0033]
步骤s10，获取检波器设计参数。
[0034]
步骤s20，根据检波器设计参数，建立微带探针模型，并根据所述微带特征模型，得到探针的尺寸。
[0035]
请参考图2，图2为波导微带探针的模型图，波导微带探针过渡结构首先在波导壁上开口，使一段微带线深入到波导中央位置，并将毫米波信号能量耦合到波导外的微带线上。为了实现毫米波信号能力的较好耦合，需要在微带探针和主传输线之间加上一段高阻抗线，高阻抗线呈感性，一定程度上可以抵消探针的电容效应，进而实现主传输线和微带探
针之间的阻抗匹配。
[0036]
步骤s30，根据预设的二极管小信号模型设计输入匹配电路，对输入匹配电路进行仿真和优化，得到输入匹配电路的尺寸。
[0037]
检波器的灵敏度的高低和阻抗匹配电路的好坏有很大关系，检波器的驻波比与电压灵敏度的关系可以用公式(6)来描述。
[0038][0039]
其中，β
v
是理想匹配时的检波电压灵敏度，是检波器反射系数，β
′
v
是考虑失配时的电压灵敏度。根据上式可以清楚地知道，在检波二极管型号已经确定的情况下，阻抗匹配是影响检波器检波灵敏度的最关键因素。因此，为了使检波器获得更好的检波灵敏度及驻波比，我们在电路设计中必须设计良好的阻抗匹配网络。本专利设计匹配网络采用电磁仿真软件ads进行，结合检波二极管spice模型设计，采用枝节匹配的方式对输入匹配。
[0040]
步骤s40，根据检波输出的视频频率，建立低通滤波器的模型，对所述低通滤波器的模型进行仿真和优化，得到低通滤波器的尺寸。
[0041]
根据所设计的低通滤波器的指标要求，确定低通原型阶数n，由公式(1)-(3)计算得到实际元件数值和边缘电容值，再根据公式(4)和(5)计算出各高低阻抗线的长度尺寸。采用电磁仿真软件ads，将原始尺寸输入到模型电路中，进行优化得到最终的低通滤波器尺寸。
[0042]
在一实施例中，根据检波输出的视频频率，建立低通滤波器的模型，对所述低通滤波器的模型进行仿真和优化，得到所述低通滤波器的尺寸，包括：
[0043]
根据检波器设计参数，确定低通滤波器的阶数，并在预设数据库中查找低通滤波器归一化各元件的参量值；
[0044]
将所述低通滤波器归一化各阶元件的参量值转化为低通滤波器的元件值；
[0045]
根据低通滤波器的元件值和预设边缘电容值，计算所述低通滤波器的尺寸。
[0046]
在一实施例中，将所述低通滤波器归一化各元件的参量值转化为低通滤波器的元件值包括：
[0047]
根据公式(1)、(2)和(3)得到低通滤波器的元件值:
[0048][0049][0050][0051]
其中，r
′
、l
′
、c
′
是归一化各元件的值，r
′0＝1,ω
′1＝1，r、l、c为低通滤波器各元件的元件值。
[0052]
在一实施例中，根据低通滤波器的元件值和预设边缘电容值，计算所述低通滤波器的尺寸，包括：
[0053]
根据公式(4)和(5)计算所述低通滤波器的尺寸：
[0054][0055][0056]
其中，ω1是滤波器的截止频率，v
h
是空气中的光速，v
l
是介质中的光速，c
f
是边缘电容，z
h
是滤波器设计的高阻线阻抗，z
l
是滤波器设计的高低阻线阻抗，y
h
和y
l
分别是z
h
和z
l
对应的导纳值。
[0057]
步骤s50，对探针、二极管模型、输入匹配电路和低通滤波器进行联合仿真和优化，得到检波器的电路尺寸。
[0058]
需要说明的是，本发明实施例是基于电磁三维仿真软件hfss和先进射频电路设计仿真软件ads两者结合完成的。
[0059]
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。