高性能K波段宽频带检波器*邓建华1，甘体国2，喻志远1（1.电子科技大学，四川成都610054；2.中国西南电子技术研究所，四川成都610036）摘要：介绍了高性能的宽带检波器的CAD设计方法及测试结果。该检波器采用波导E面集成电路形式，通过对极鳍线实现波导微带过渡，采用高频电磁场仿真软件和微波电路CAD软件完成该检波器的设计。测试结果表明，该设计方法实现的检波器具有优良的性能。关键词：宽频带检波器；CAD技术；波导到微带过渡；对极鳍线；设计一、引言微波技术在通信、导航、制导、雷达及电子对抗中发挥着越来越重要的作用，对微波器件性能指标要求也越来越高，只依靠手工计算、经验公式等方式来设计更加困难。EDA工具是高性能微波器件设计的有效手段，可大大缩短研制周期。微波检波器是微波技术中常规部件之一，在微波信号检测、自动增益控制、功率探测、稳幅的应用中是关键性部件，被广泛应用于矢量网络分析仪、六端口网络、微波瞬时接收机、微波遥感探头等。在许多场合，要求检波器在宽频带内具有良好的驻波特性、功率平坦度、高灵敏度。低势垒肖特基二极管检波时无需外加偏置电压，其灵敏度也非常高，并且频率响应快、动态范围大、宽频带、机械性能好，因而得到了广泛应用［１］。本文讨论一种用于K波段包络检波的检波器的CAD设计，该检波器采用低势垒肖特基二极管，整体电路集成于一片软基片上，内嵌于波导E面中。二、检波器设计1.等效电路法检波器利用某些半导体器件的非线性特性，用于调制信号包络检波或微波功率检测。图1给出一个典型无偏压检波器的原理图。电路中LP是检波器的低频通路，CP是微波信号通路，RL是负载电阻。输入匹配网络用来使检波管与射频源阻抗相匹配，输出滤波器用于消除检波管上产生的高次谐波，输出低频信号。保证检波器输入低驻波比，提高灵敏度，就是如何使检波器的输入阻抗与传输线阻抗宽频带相匹配的问题。检波二极管的等效电路如图2所示。检波二极管输入阻抗是频率的复变量，其值随频率变化很大，可以看出，用集总参数等效电路表示法，与传输线阻抗（50Ω）匹配是十分困难的。通常设计未考虑低通滤波器对二极管等效阻抗影响。本文利用EDA工具的计算准确、快速解决复杂问题、多种寻优方式等优点，探讨一种新的设计思路。2.检波器CAD设计由于应用范围不同，检波器电路形式也是多种多样的。本文研制的检波器直接检测来自波导的微波信号，整个电路制作在一块软基片上，基片内嵌于波导E面中心，电路如图3所示。检波器电路主要分成2个部分，第一部分是矩形波导到微带的过渡部分。第二部分是高低阻抗线，初看起来只起低通滤波器的作用，实际高低阻抗结对微波而言是一些串并联分布电感、电容结构。从检波原理来看，检波过程是信号源通过二极管给电容充电与电容对负载电阻放电的交替重复过程，所以这些电容的大小与分布形式对检波性能有很大的影响。并且如果这些电感与电容分布合理，与检波管结合在一起，输入阻抗可接近于实阻50Ω，从而使电路最大限度近似匹配，提高检波性能。（1）波导到微带的过渡波导到微带过渡要求传输损耗低，驻波小，应有足够的频带宽度，并且结构简单，加工和安装容易。综合上述考虑，矩形波导到微带的过渡采用对极鳍线来实现。鳍线渐变段应选择一种沿渐变方向的平滑阻抗变换曲线，使之引入的反射损耗在所要求的频带内低于可允许的极限值，并使渐变段的物理尺寸尽可能短此外，还应考虑平滑渐变线的计算复杂性。因此，在本设计中采用平方余弦渐变曲线。对极鳍线到微带过渡较难进行等效电路分析，而通过三维电磁场分析，能得到较好的结构尺寸。目前较为通用且仿真准确、操作简便的三维电磁场仿真软件是Ansoft公司的HFSS软件。为了更准确地得到过渡性能结果，可把一对对极鳍线波导－微带过渡放于HFSS软件中进行仿真，对称结构如图4所示。之所以要画成对称结构，原因如下：波导中传输的主模是TE10波，微带线传输的主模是准TEM波，不同导波模式在HFSS软件中特性阻抗定义不一致，引起分析结果中波导端口与微带端口之间的S参数不能直观地反映波导到微带的过渡性能。而画成对称结构，两端口都为波导，就不存在上述问题。图4...
