一種超寬帶混頻器的製造方法
2023-10-11 02:20:49 1
一種超寬帶混頻器的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種超寬帶混頻器，包括本振通道的寬邊耦合巴倫和寬邊耦合帶線到平面傳輸線的過渡段，射頻通道的共面波導，中頻輸出通道以及混頻二極體對；本振和射頻信號分別經本振和射頻通道輸入混頻二極體進行混頻，產生的中頻信號經中頻通道輸出；寬邊耦合巴倫，用於實現超寬帶本振信號的不平衡到平衡的轉換，再將平衡的本振信號經過渡段轉換至平面傳輸線輸入混頻二極體後產生的中頻信號使用金線電感跨過共面波導經微帶線輸出。採用上述方案，工作頻率可覆蓋0.01GHz-110GHz的超寬頻率範圍；在0.01GHz-70GHz頻率範圍內以基波混頻方式工作，可實現低於12dB的變頻損耗和噪聲係數指標；在70GHz-110GHz頻率範圍內以三次諧波混頻方式工作，可實現低於30dB的變頻損耗和噪聲係數指標。
【專利說明】一種超寬帶混頻器
【技術領域】
[0001]本發明屬於混頻器【技術領域】，尤其涉及的是一種超寬帶混頻器。
【背景技術】
[0002]混頻器作為微波毫米波雷達、制導、通信及測試儀器等系統的重要組成部分，一直是微波毫米波領域研究的重要課題。隨著各接收系統對工作帶寬、測試靈敏度以及探測距離等指標的要求不斷提高，對混頻器的帶寬、變頻損耗和噪聲係數也提出了更高的要求。
[0003]現有技術中的基於有源器件的MMIC混頻器，該類混頻器雖然可以實現射頻頻率至毫米波頻段(約50GHz)的頻率覆蓋，並有變頻增益，但噪聲係數大是其固有缺陷。而基於肖特基勢壘二極體的混合集成工藝實現的混頻器，如圖1所示，本振信號通過本振巴倫101輸入混頻二極體堆102，射頻信號經射頻巴倫103輸入混頻二極體堆102，混頻產生的中頻信號經中頻通道104輸出。-
[0004]目前基於肖特基勢壘二極體的混合集成工藝實現的寬帶混頻器一般採用本振和射頻巴倫與四個二極體堆實現雙平衡混頻，這種結構的優點是頻率範圍只與本振和射頻巴倫的帶寬有關，但缺點是無法實現更大的工作帶寬，且隨著頻率升高至毫米波頻段，變頻損耗和噪聲係數指標迅速惡化。
[0005]因此，現有技術存在缺陷，需要改進。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種超寬帶混頻器。
[0007]本發明的技術方案如下:
[0008]一種超寬帶混頻器，其中，包括本振通道的寬邊耦合巴倫和寬邊耦合帶線到平面傳輸線的過渡段，射頻通道的共面波導，中頻輸出通道以及混頻二極體對；本振信號和射頻信號分別經本振通道和射頻通道輸入混頻二極體對進行混頻，產生的中頻信號經中頻通道輸出；所述寬邊耦合巴倫，用於實現超寬帶本振信號的不平衡到平衡的轉換，再將平衡的本振信號經過渡段轉換至平面傳輸線輸入混頻二極體後產生的中頻信號使用金線電感跨過所述共面波導經微帶線輸出；所述共面波導，用於作為射頻通道傳輸線以在超寬頻率範圍內降低射頻信號的損耗。
[0009]所述的超寬帶混頻器，其中，所述實現超寬帶本振信號的不平衡到平衡的轉換的步驟為:射頻信號通過共面波導輸入至兩個串聯二極體構成的管對的中間引腳上，本振信號由微帶線輸入，經過寬邊耦合巴倫實現不平衡信號到平衡信號的轉換。
[0010]所述的超寬帶混頻器，其中，所述過渡段為:將一段具有預定長度的寬邊耦合帶線正反面分別安裝於共面微帶線的兩根帶線上。
[0011]所述的超寬帶混頻器，其中，所述平面傳輸線為:將所述共面微帶線之間的間隙以預定規律變寬作為平面傳輸的微帶線。
[0012]所述的超寬帶混頻器，其中，所述預定長度為本振信號頻率四分之一波長。[0013]所述的超寬帶混頻器，其中，所述預定規律變寬為指數和正弦曲線的組合方式變寬。
[0014]所述的超寬帶混頻器，其中，所述本振通道設置二個隔直電容；所述射頻通道設置三個隔直電容；所述隔直電容，用於防止低頻的中頻信號向本振和射頻埠洩漏而損失中頻功率。
[0015]所述的超寬帶混頻器，其中，所述寬邊耦合巴倫及所述共面波導所採用的傳輸介質基片均為低損耗的毫米波專用介質基片。
[0016]所述的超寬帶混頻器，其中，所述共面波導特徵阻抗設置為50歐姆，用於實現射頻埠的良好匹配以及射頻信號的低損耗傳輸。
[0017]採用上述方案:
[0018]1、工作頻帶寬:可實現從射頻頻率到毫米波頻率(I IOGHz左右)的超寬帶頻率覆
至Jhl o
[0019]2、噪聲係數低:由於採用共面波導與寬邊耦合巴倫作為混頻器射頻與本振信號傳輸通道，可獲得較低的射頻通道損耗與高度的本振平衡性，因此，採用該結構的混頻器具有較低的變頻損耗與噪聲係數性能。
[0020]3、混頻產物少:由於採用串聯的二極體對作為混頻元件，混頻產物中只包含本振信號的奇次諧波混頻產物。
[0021]4、動態範圍大:由於採用雙管實現混頻，混頻器可承受的本振功率比單管混頻器增大3dB，相應的混頻器動態範圍增大3dB。
[0022]5、可多種模式工作:由於採用串聯的兩個二極體作為混頻元件，混頻器可工作於基波以及三次、五次、七次等奇次混頻模式。
[0023]6、結構簡單，便於安裝:各器件安裝方式為平面式，本振寬邊耦合巴倫裝配方式為準平面式。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為現有技術中基於肖特基勢壘二極體的混合集成工藝雙平衡混頻器的結構示意圖。
[0025]圖2為本發明中寬邊耦合巴倫及共面帶線結構圖。
[0026]圖3為本發明中共面波導及中頻輸出金線結構圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結合附圖和具體實施例，對本發明進行詳細說明。
[0028]實施例1
[0029]本發明是一種新型的基於共面波導和寬邊耦合巴倫的超寬帶混頻器結構。該結構使用串聯的肖特基二極體對作為混頻元件，射頻信號經共面波導輸入至肖特基二極體對，而本振信號經寬邊耦合巴倫將超寬帶本振信號轉換為平衡的兩路信號加於肖特基二極體，再與射頻信號實現混頻，混頻產生的中頻信號從射頻端通過金線電感輸出。由於共面波導可在超寬頻率內實現低損耗傳輸，且寬邊耦合巴倫易於實現高性能的超寬帶不平衡-平衡轉換，因此，該方法不但有效解決了混頻器的寬帶頻率覆蓋問題，而且大大降低了混頻器的噪聲係數。根據該技術所研製的超寬帶混頻器工作頻率範圍可覆蓋射頻至毫米波多個頻段，並可在超寬頻率範圍內獲得較低的變頻損耗與噪聲係數。
[0030]本發明超寬帶混頻器的結構形式為:採用寬邊耦合巴倫與共面波導構成的混頻器基本結構，該結構採用共面波導作為射頻通道傳輸線以在超寬頻率範圍內降低射頻信號的損耗，採用寬邊耦合巴倫實現超寬帶本振信號的不平衡到平衡的轉換，再將平衡的本振信號經過渡段轉換至平面傳輸線輸入混頻二極體。該結構可適用於從射頻頻率到毫米波頻率。
[0031 ] 本發明寬邊耦合巴倫到平面傳輸線的過渡的實現方式:即將一段具有一定長度的寬邊耦合帶線正反面分別安裝於共面微帶線的兩根帶線上，再將共面帶線之間的間隙以一定規律變寬變為平面傳輸的微帶線。該結構具有結構簡單易於實現，損耗小及頻帶寬的特點。
[0032]本發明所採用的基於共面波導和寬邊耦合巴倫的混頻結構如圖2-圖3所示。在該結構中，射頻信號通過共面波導6輸入至兩隻串聯二極體構成的管對7的中間引腳上。本振信號由微帶線輸入，經過寬邊耦合巴倫I實現不平衡信號到平衡信號的轉換，平衡的本振信號再經寬邊耦合巴倫至平面的共面帶線的過渡轉換4，然後經位於同一平面的共面帶線5輸入二極體對7的另外兩個引腳，與射頻信號進行混頻。混頻產生的中頻信號使用金線電感9跨過射頻共面波導6經微帶線[8]輸出。本振通道隔直電容2、3和射頻通道隔直電容10、11、12的作用為防止低頻的中頻信號向本振和射頻埠洩漏而損失中頻功率。
[0033]由於共面波導在高頻工作時仍具有低損耗傳輸的特性，本發明使用共面波導作為射頻通道傳輸線，大大降低了傳輸至混頻二極體的射頻功率的損失，從而將因射頻功率損耗導致的對混頻器變頻損耗和噪聲係數的影響降至最低。通過選擇低損耗的毫米波專用介質基片作為傳輸介質，合理設置共面波導中心帶線寬度以及中心帶線與接地線之間的縫隙寬度，射頻傳輸通道共面波導可在0.0lGHz-1IOGHz頻率範圍內實現小於IdB的傳輸損耗。
[0034]合理選擇本振通道寬邊耦合巴倫漸變函數後，通過合理設置漸變段的長度、寬邊耦合帶線與平面帶線過渡段長度以及兩條平面帶線的寬度以及間隙寬度，即可實現超寬帶本振信號由微帶傳輸的不平衡信號轉換為幅度相等、相位相反的兩路平衡信號；通過選擇低損耗、低色散的專用基片實現超寬帶寬邊耦合巴倫，再通過合理設置寬邊耦合帶線到平面傳輸線過渡段長度和平面帶線寬度與間隙寬度，在0.01GHz-70GHz範圍內，可實現兩路平衡信號輸出幅度不平衡度低於0.5dB、相位不平衡度低於8°。
[0035]實施例2
[0036]在上述實施例的基礎上，進一步如圖2-圖3所示，提供一種超寬帶混頻器，其中，包括本振通道的寬邊耦合巴倫和寬邊耦合帶線到平面傳輸線的過渡段，射頻通道的共面波導，中頻輸出通道以及混頻二極體對；本振信號和射頻信號分別經本振通道和射頻通道輸入混頻二極體對進行混頻，產生的中頻信號經中頻通道輸出；所述寬邊耦合巴倫，用於實現超寬帶本振信號的不平衡到平衡的轉換，再將平衡的本振信號經過渡段轉換至平面傳輸線輸入混頻二極體後產生的中頻信號使用金線電感跨過所述共面波導經微帶線輸出；所述共面波導，用於作為射頻通道傳輸線以在超寬頻率範圍內降低射頻信號的損耗。
[0037]上述中，所述實現超寬帶本振信號的不平衡到平衡的轉換的步驟為:射頻信號通過共面波導輸入至兩個串聯二極體構成的管對的中間引腳上，本振信號由微帶線輸入，經過寬邊耦合巴倫實現不平衡信號到平衡信號的轉換。
[0038]上述中，所述過渡段為:將一段具有預定長度的寬邊耦合帶線正反面分別安裝於共面微帶線的兩根帶線上。所述預定長度為本振信號頻率四分之一波長。
[0039]上述中，所述平面傳輸線為:將所述共面微帶線之間的間隙以預定規律變寬作為平面傳輸的微帶線。所述預定規律變寬為指數和正弦曲線的組合方式變寬。
[0040]上述中，所述本振通道設置二個隔直電容；所述射頻通道設置三個隔直電容；所述隔直電容，用於防止低頻的中頻信號向本振和射頻埠洩漏而損失中頻功率。
[0041]上述中，所述寬邊耦合巴倫及所述共面波導所採用的傳輸介質基片均為低損耗的毫米波專用介質基片。
[0042]上述中，所述共面波導特徵阻抗設置為50歐姆，用於實現射頻埠的良好匹配以及射頻信號的低損耗傳輸。
[0043]採用本發明所提出的基於寬邊耦合巴倫與共面波導構成的混頻器結構實現的超寬帶混頻器工作頻率可覆蓋0.0lGHz-1IOGHz的超寬頻率範圍。在0.01GHz-70GHz頻率範圍內以基波混頻方式工作，可實現低於12dB的變頻損耗和噪聲係數指標；在70GHz-110GHz頻率範圍內以三次諧波混頻方式工作，可實現低於30dB的變頻損耗和噪聲係數指標。
[0044]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種超寬帶混頻器，其特徵在於，包括本振通道的寬邊耦合巴倫和寬邊耦合帶線到平面傳輸線的過渡段，射頻通道的共面波導，中頻輸出通道以及混頻二極體對；本振信號和射頻信號分別經本振通道和射頻通道輸入混頻二極體對進行混頻，產生的中頻信號經中頻通道輸出；所述寬邊耦合巴倫，用於實現超寬帶本振信號的不平衡到平衡的轉換，再將平衡的本振信號經過渡段轉換至平面傳輸線輸入混頻二極體後產生的中頻信號使用金線電感跨過所述共面波導經微帶線輸出；所述共面波導，用於作為射頻通道傳輸線以在超寬頻率範圍內降低射頻信號的損耗。
2.如權利要求1所述的超寬帶混頻器，其特徵在於，所述實現超寬帶本振信號的不平衡到平衡的轉換的步驟為:射頻信號通過共面波導輸入至兩個串聯二極體構成的管對的中間引腳上，本振信號由微帶線輸入，經過寬邊耦合巴倫實現不平衡信號到平衡信號的轉換。
3.如權利要求1所述的超寬帶混頻器，其特徵在於，所述過渡段為:將一段具有預定長度的寬邊耦合帶線正反面分別安裝於共面微帶線的兩根帶線上。
4.如權利要求3所述的超寬帶混頻器，其特徵在於，所述平面傳輸線為:將所述共面微帶線之間的間隙以預定規律變寬作為平面傳輸的微帶線。
5.如權利要求3所述的超寬帶混頻器，其特徵在於，所述預定長度為本振信號頻率四分之一波長。
6.如權利要求3所述的超寬帶混頻器，其特徵在於，所述預定規律變寬為指數和正弦曲線的組合方式變寬。
7.如權利要求1所述的超寬帶混頻器，其特徵在於，所述本振通道設置二個隔直電容；所述射頻通道設置三個隔直電容；所述隔直電容，用於防止低頻的中頻信號向本振和射頻埠洩漏而損失中頻功率。
8.如權利要求1所述的超寬帶混頻器，其特徵在於，所述寬邊耦合巴倫及所述共面波導所採用的傳輸介質基片均為低損耗的毫米波專用介質基片。
9.如權利要求1所述的超寬帶混頻器，其特徵在於，所述共面波導特徵阻抗設置為50歐姆，用於實現射頻埠的良好匹配以及射頻信號的低損耗傳輸。
【文檔編號】H03D7/16GK103633943SQ201310664258
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月9日 優先權日:2013年12月9日
【發明者】代秀, 朱偉峰, 姜萬順, 韋柳泰 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所