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致谢 36
参考文献37
1 绪论
1.1 毫米波特点及应用
自麦克斯韦提出电磁理论以来，人们就不断拓展着电磁频谱的应用，现在毫米波技术在通信、雷达、制导、电子对抗和激光光谱学等方面发挥着越来越重要的作用。毫米波属于微波范围，一般是指频率为30GHz~300GHz的电磁波，其相应的波长为1mm~10mm。毫米波位于微波频段的高端，其上限与亚毫米波毗邻而靠近光波[1]。
毫米波具有以下特点：
(1)极宽的带宽。带宽高达270GHz。超过从直流到微波全部带宽的10倍。考虑到在毫米波频段，电磁能量在大气中水平传播时与大气中气体、浮悬微粒及含水物质的相互作用要比它们与微波能量的相互作用强得多，影响毫米波传播的主要物是氧分子和水蒸气，这些气体的谐振会对毫米波频率产生选择性吸收和散射[2]。毫米波在大气中水平传播时其大气衰减特性如图1-1所示。由氧分子谐振引起的吸收峰出现在 60GHz、120GHz 附近，而由水蒸气谐振引起的吸收峰则出现在 22GHz 和 183GHz 附近。因此，在整个毫米波频段有四个传播衰减相对较小的大气“窗口”，如表1-1。这四个窗口的总带宽也可达135GHz, 为微波以下各波段带宽之和的5倍。任何一个毫米波“窗口”的可用带宽几乎都可以把包括微波波段在内的所有低频频段容纳在内[3][4]。毫米波的宽带特性应用在通信系统中能够传送更多的信息，大大拓宽了现在已经十分拥挤的通信频谱，为更多用户提供互不干扰的通道，这在频率资源紧张的今天无疑极具吸引力。
表1-1 各窗口的可工作带宽
波长(mm) 8.6 3.2 2.1 1.4
窗口频率(GHz) 35 94 100 220
可工作带宽(GHz) 16 23 26 70
图1-1 毫米波的大气衰减特性
(2)波长极短。由于在频谱表上毫米波与光波相距甚近，因而其具有类似于光波的特性。该特性带来的优点是非常有利于射频设备的小型化和获得强方向性。于此同时为了保证毫米波射频设备性能，设备加工精度要求极高(如面天线的精度要求为10-4~10-5)，元器件的寄生参数要减小到最低程度，这就导致了毫米波元器件价格昂贵，而且设备的小尺寸也限制了其功率容量。
(3)波束窄。在相同天线尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多。例如在一个12cm的天线下，在9.4GHz时微波波束宽度为18°，而94GHz时毫米波波束宽度仅为1.8°，因此毫米波可以分辨相距更近的小目标，可以更为清晰地观测目标细节。
(4)与激光相比, 毫米波的传播受气候的影响要小得多, 可以认为具有全天候特性。
1.2 毫米波检波器国内外发展现状
1.3 本论文的主要工作
在毫米波频段低端，微带线、鳍线、共面波导是实现毫米波混合集成电路的集成传输线。本文研究的毫米波检波器采用检波二级管作为非线性器件，利用微带线在Ka频段设计制作了检波器。本文中的电路制作采用的基片都是 RT/Duroid5880 介质基片(εr= 2.3)。检波二极管选用agilent公司的零偏置梁式引线检波二极管HSCH-9161。
本人针对检波器的主要技术指标，如驻波比、电压灵敏度、平坦度和正切灵敏度等，对检波电路进行了有效的建模，同时对不同的仿真软件根据各自其特点进行了灵活的应用。对于无源过渡部分，利用 HFSS 进行优化设计，然后进行验证；对于匹配部分和滤波器部分，主要在用 ADS 进行系统整体仿真时进行优化。归纳起来，本论文主要分为以下3个部分：