高次諧波混頻器的製造方法

2023-04-23 12:35:46

高次諧波混頻器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了高次諧波混頻器，包括：射頻(RF)信號電路匹配網絡、本振（L0)信號電路匹配射頻帶阻網絡、中頻（IF)信號低通電路匹配網絡；根據諧波混頻次數（N)，所確定的對應混頻二極體路數N、N路RF信號和L0信號功分網絡、及L0信號移相網絡。本發明提出的高次諧波混頻器可以實現空閒頻率信號的回收利用，無需設計相應的信號回收網絡，降低了高次諧波混頻器的變頻損耗，提高了RF、L0、IF信號埠間的隔離度。
【專利說明】高次諧波混頻器

【技術領域】
[0001] 本發明涉及微波電子器件領域，尤其涉及一種適用於開發微波、毫米波及亞毫米 波低變頻損耗、高埠隔離度的高次諧波混頻器。

【背景技術】
[0002] 混頻器是微波電子系統中不可缺少的元部件，廣泛應用於通信、雷達、遙感及測試 儀器等領域，其性能優劣對所應用的場合有著極其重要的影響。目前，微波基波混頻器技術 已經成熟，基本實現了麗1C化，正往毫米波及亞毫米頻段發展，但諧波混頻器特別是高次 諧波混頻器研究較少，其研究難點在於實現高次諧波混頻的低變頻損耗、高隔離度。
[0003] 諧波混頻器作為混頻器兩大類之一，與基波混頻器相比，解決了高工作頻率、高性 能本振源設計技術難度大、成本高的問題，但諧波混頻器變頻損耗高、電路設計相對複雜， 因此研製出低變頻損耗、高埠隔離度等性能指標的高次諧波混頻器存在技術問題。


【發明內容】

[0004] 有鑑於此，為了解決現有技術中的不足，本發明提出了一種高次諧波混頻器。本發 明可實現低變頻損耗、高埠隔離度、高ldB壓縮點、電路設計簡單的目的。
[0005] 本發明一實施例提出了一種高次諧波混頻電路，包括：射頻匹配網絡（1)，本振匹 配射頻帶阻網絡（2)，中頻低通匹配網絡（3)，N路射頻信號功分網絡（4)，N路本振信號相 移網絡（5)，N路本振信號功分網絡（6)，N路混頻二極體（7);
[0006] 其中，本振信號經過該N路本振信號功分網絡￠)，該N路本振信號相移網絡（5)、 該N路混頻二極體（7);射頻信號經過該射頻匹配網絡（1);射頻信號和本振信號在混頻二 極管進行混頻，本振信號功分網絡對混頻二極體非線性特性產生的其它諧波混頻信號進行 抑制；而所需的諧波混頻出的中頻信號在A點進行功率合成，最後通過該中頻低通匹配網 絡（3)輸出中頻信號。
[0007] 作為一改進，N路RF信號功分網絡（4)輸出端與N路混頻二極體（7)的負極（或 正極）互連、N路L0信號功分網絡（6)輸出端與N路L0信號相移網絡（5)輸入端互連；N 路L0信號相移網絡（5)輸出端與N路混頻二極體（7)的正極（或負極）互連。
[0008] 本發明又一實施例還提出了一種高次諧波混頻電路，包括：射頻匹配網絡（1)，本 振匹配射頻帶阻網絡（2)，中頻低通匹配網絡（3)，N路射頻信號功分網絡（4)，N路本振信 號相移網絡（5)，N路本振信號功分網絡（6)，N路混頻二極體陣列（8);
[0009] 其中，本振信號經過該N路本振信號功分網絡￠)，該N路本振信號相移網絡（5)、 該N路混頻二極體陣列（8);射頻信號經過該射頻匹配網絡（1);射頻信號和本振N次諧波 信號進行混頻；獲得的所需中頻信號在A點進行功率合成，同樣通過本振信號功分網絡對 其它諧波混頻信號進行抑制，最後通過該中頻低通匹配網絡（3)輸出中頻信號。
[0010] 作為一改進，N路RF信號功分網絡（4)輸出端與N路混頻二極體陣列（8)的負極 或正極互連、N路L0信號功分網絡（6)輸出端與N路L0信號相移網絡（5)輸入端互連；N 路L0信號相移網絡（5)輸出端與N路混頻二極體陣列（8)的正極或負極互連。
[0011] 作為一改進，射頻匹配網絡、中頻低通匹配網絡、本振匹配射頻帶阻網絡均可採用 高低阻抗或支節線線結構。
[0012] 作為一改進，射頻及本振N路信號功分網絡均可採用威爾金森功分器或90度電橋 結構。
[0013] 作為一改進，本振信號移相網絡亦可採用傳輸線結構。
[0014] 本發明的優點：其目的在於針對高次諧波混頻器設計技術難度大、空閒頻率信號 回收利用設計複雜、變頻損耗高、隔離度低等技術難題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明一實施例高次諧波混頻器電路結構圖；
[0016] 圖2為本發明又一實施例高次諧波混頻器電路結構圖；
[0017] 圖3為本發明另一實施例四次諧波混頻器電路圖。

【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖與實施例對本發明作進一步的說明。
[0019] 圖1為本發明一實施例高次諧波混頻器電路結構圖。參見圖1，本發明提供的高次 諧波混頻電路，該電路包括RF匹配網絡1、L0匹配射頻帶阻網絡2、IF中頻低通匹配網絡 3、N路RF信號功分網絡4、N路L0信號相移網絡5、N路L0信號功分網絡6、N路混頻二極 管7 ;
[0020] 高次諧波混頻電路的N路RF信號功分網絡4輸出端與N路混頻二極體7的負極 (或正極）互連、N路L0信號功分網絡6輸出端與N路L0信號相移網絡5輸入端互連；N 路L0信號相移網絡5輸出端與N路混頻二極體7的正極（或負極）互連。高次諧波混頻 電路的N路混頻二極體7也可由N路混頻二極體陣列8替代實現。
[0021] 圖2為本發明又一實施例高次諧波混頻器電路結構圖。如圖2所示，該實施例的 附圖結構中，對應於上一實施例的相同結構省略其詳細說明，對應於該實施例的結構中，與 上一實施例不同結構在於：N路混頻二極體優選地採用、N路混頻二極體陣列8。
[0022] 通過增加 N路混頻二極體每路二極體的數目，能降低每路二極體的有效電阻，進 而降低混頻器的變頻損耗，同時還能有效地提高諧波混頻器ldB壓縮點。
[0023] 下面以圖1內的RF匹配網絡1、L0匹配射頻帶阻網絡2、IF中頻低通匹配網絡3、 N路RF信號功分網絡4、N路L0信號相移網絡5、N路L0信號功分網絡6為例進行說明，但 本發明的保護範圍不局限於所述實施例。
[0024] 圖3為具體實施的四次諧波混頻器電路，為便於與其它電路互聯或集成，RF、L0信 號輸入和IF信號輸出埠都採用了標準的50歐姆阻抗。其中，L0信號經過90度電橋及傳 輸線移相後，實現四路功分，且傳輸至四個混頻二極體的L0信號相位差依次為90度，即本 振N路信號功分網絡及移相網絡採用90度電橋和傳輸線的組合結構實現。RF信號四路功 分則採用威爾金森功分器實現其傳輸至混頻二極體。IF信號迴路則採用L0信號四分之一 波長（λ ω/4)接地傳輸線實現，洩漏到本網絡的信號則通過RF信號四分之一波長（λ kf/4) 開路線實現回收利用，形成RF信號帶阻特性。IF和RF信號輸入匹配採用了高低阻抗線實 現阻抗匹配，同時IF信號匹配網絡還能實現對RF信號的帶阻功能。
[0025] 作為再一實施例，該實施例的結構中，對應於上一實施例的相同結構省略其詳細 說明，對應於該實施例的結構中，與上一實施例不同結構在於：四路混頻二極體優選地採 用、四路混頻二極體陣列。
[0026] 本發明提出了基於混頻二極體的高次諧波混頻電路結構，利用該電路結構，可以 根據所要求的諧波混頻次數N，確定相應的二極體路數N及N路功分和相移網絡，使空閒頻 率信號通過相位抵消得以回收利用，這樣不僅能有效地降低變頻損耗、提高埠之間的隔 離度，而且提高增加每路混頻二極體數來提高混頻器的ldB壓縮點、同時還降低了每個二 極管陣列的有效電阻，進一步實現了混頻器變頻損耗的降低。
[0027] 本發明通過設置N路L0信號移相網絡，實現了輸出的N次諧波器N路IF電流項 (I| )同相相加，其它低次諧波混頻電流項（| |，N次以上混頻電流 項由於幅度較小，可忽略不計），在輸出中頻端點A通過求和，可知其電流和為零，因此端點 A對低次諧波混頻電流項形成開路點，即此部分混頻電流在二極體環路內部流動，實現了對 其的回收利用，到達了降低高次諧波混頻器變頻損耗、及高次諧波混頻器設計難度的目的。
[0028] 本發明洩漏到RF或IF端即端點A的每路L0信號，其相移角度依次為（2k · π ) N， 洩漏的L0信號能量在一樣的情況下，通過對其幅度求和，計算可知洩漏到端點Α的總L0信 號功率幅度和為零，在該點L0信號形成短路點，實現L0信號的全反射，即可實現L0埠到 RF及IF埠的理想隔離。
[0029] 本發明通過洩漏到L0端的RF信號總相移為2K · π (N次諧波混頻器RF信號頻率 近似為L0信號頻率的N倍），在RF信號在B點處同相相加，L0信號電路匹配網絡可同時設 計為RF信號帶阻濾波器，在B點形成短路或開路點，以實現RF埠到L0埠的理想隔離。
[0030] 以上所述僅為本發明的較佳實施方式，本發明的保護範圍並不以上述實施方式為 限，但凡本領域普通技術人員根據本發明所揭示內容所作的等效修飾和變化，皆應納入權 利要求書記載的保護範圍內。
【權利要求】
1. 一種高次諧波混頻電路，包括：射頻匹配網絡（1)，本振匹配射頻帶阻網絡（2)，中頻 低通匹配網絡（3)，N路射頻信號功分網絡（4)，N路本振信號相移網絡（5)，N路本振信號 功分網絡（6)，N路混頻二極體（7); 其中，本振信號經過該N路本振信號功分網絡￠)，該N路本振信號相移網絡（5)、該N 路混頻二極體（7);射頻信號經過該射頻匹配網絡（1);射頻信號和本振信號在場效應管進 行混頻，本振諧波抑制網絡對場效應管非線性特性產生的本振諧波信號進行抑制；獲得的 信號進行功率合成，最後通過該中頻低通匹配網絡（3)輸出中頻信號。
2. -種高次諧波混頻電路，包括：射頻匹配網絡（1),本振匹配射頻帶阻網絡（2)，中頻 低通匹配網絡（3)，N路射頻信號功分網絡（4)，N路本振信號相移網絡（5)，N路本振信號 功分網絡（6)，N路混頻二極體陣列⑶； 其中，本振信號經過該N路本振信號功分網絡（6)，該N路本振信號相移網絡（5)、該 N路混頻二極體陣列（8);射頻信號經過該射頻匹配網絡（1);射頻信號和本振信號進行混 頻；獲得的信號進行功率合成，最後通過該中頻低通匹配網絡（3)輸出中頻信號。
3. 根據權利要求1所述高次諧波混頻電路，其特徵在於：N路RF信號功分網絡（4)輸 出端與N路混頻二極體（7)的負極或正極互連、N路L0信號功分網絡（6)輸出端與N路L0 信號相移網絡（5)輸入端互連；N路L0信號相移網絡（5)輸出端與N路混頻二極體（7)的 正極或負極互連。
4. 根據權利要求1所述高次諧波混頻電路，其特徵在於：N路RF信號功分網絡（4)輸 出端與N路混頻二極體陣列（8)的負極或正極互連、N路L0信號功分網絡（6)輸出端與N 路L0信號相移網絡（5)輸入端互連；N路L0信號相移網絡（5)輸出端與N路混頻二極體 陣列（8)的正極或負極互連。
5. 根據權利要求1或2所述高次諧波混頻電路，其特徵在於：射頻匹配網絡（1)、中頻 低通匹配網絡和N路射頻信號功分網絡（4)輸入端的公共端點為A接點；本振信號匹配射 頻帶阻網絡（2)和N路本振信號功分網絡（6)輸入端的公共端點為B接點。
6. 根據權利要求1或2所述高次諧波混頻電路，其特徵在於：射頻匹配網絡、中頻低通 匹配網絡、本振匹配射頻帶阻網絡均可採用高低阻抗線或支節線結構。
7. 根據權利要求1或2所述高次諧波混頻電路，其特徵在於：射頻及本振N路信號功 分網絡均可採用的威爾金森功分器或90度電橋結構。
8. 根據權利要求1或2所述高次諧波混頻電路，其特徵在於：本振信號移相網絡亦可 採用傳輸線結構。
【文檔編號】H03D7/16GK104218895SQ201410441693
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月1日 優先權日:2014年9月1日
【發明者】姚常飛, 周明, 羅運生, 許從海 申請人:中國電子科技集團公司第五十五研究所