CN101510629A - 半模基片集成波导双平衡混频器及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种半模基片集成波导双平衡混频器及其实现方法，本发明所述混频器包括射频巴伦、本振巴伦、射频波导腔体、本振波导腔体、混频管和低通滤波器。本发明所述方法包括如下步骤：a)将射频信号经过射频巴伦得到射频隔离信号，将本振信号经过本振巴伦得到本振隔离信号，所述射频隔离信号与本振隔离信号等幅但相位相差180°；b)将步骤a所述的射频隔离信号与本振隔离信号经过混频管得到混频信号；c)将步骤b所述的混频信号经过低通滤波器得到中频信号。本发明减小了巴伦的体积，混频效率高，带宽较宽、结构简单、巴伦工程上极易实现。

Description

半模基片集成波导双平衡混频器及其实现方法

技术领域

发明涉及一种微波毫米波双平衡混频器及其实现方法，尤其涉及一种基于半模基片集成波导的双平衡混频器及其实现方法。

背景技术

微波混频器在微波毫米波射频系统中得到了大量的应用，它是收发信机的一个关键部分，一般作为输入端的第一或第二部件，将接收到的射频信号下变频至中频信号，以便于进一步处理并回复信号；或者将中频信号上变频至微波毫米波信号，以便于其在空间传播。通信技术的发展要求各个部件易于集成，小型化，轻量化和高可靠性，混频器性能的好坏直接影响整个系统的性能。传统的微波混频器，由于采用了微带结构的无源电路，能量的泄露、辐射和干扰大，变频效率较低；对于频率较高的微波毫米波频段性能的损失更加显著。同时这类结构需要占据电路板的表面区域，使得混频器以至于整个微波毫米波系统的集成度降低。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种基于半模基片集成波导的双平衡混频器及其实现方法。在其频段内提供了良好的变频损耗。进一步减小了混频器的体积，有利于电路的集成化设计。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明半模基片集成波导双平衡混频器，其特征在于包括射频巴伦、本振巴伦、射频波导腔体、本振波导腔体、混频管和低通滤波器，其中射频巴伦设置于射频波导腔体上，本振巴伦设置于本振波导腔体上，射频巴伦的输出端、本振巴伦的输出端分别接混频管的输入端，射频巴伦的耦合端、本振巴伦的耦合端分别接混频管的输出端，本振巴伦的短路线接低通滤波器的输入端。

所述的半模基片集成波导双平衡混频器的实现方法，其特征在于包括如下步骤：

a.)将射频信号经过射频巴伦得到射频隔离信号，将本振信号经过本振巴伦得到本振隔离信号，所述射频隔离信号与本振隔离信号等幅但相位相差180°；

b.)将步骤a所述的射频隔离信号与本振隔离信号经过混频管得到混频信号；

c.)将步骤b所述的混频信号经过低通滤波器得到中频信号。

本发明的有益效果：

本发明是基于半模基片集成波导技术设计的微波双平衡混频器，在介质基片上实现了具有高Q值，低损耗的半模基片集成波导，这种结构具有和矩形波导相类似的传输特性和场分布；利用半模基片集成波导形成了180°波导巴伦。在波导巴伦的上下两个表面加入混频管，其混频产物经滤波后输出，在本发明的双平衡混频器结构中，将半模基片集成波导结构与微波毫米波双平衡混频器设计结合起来；使用了180°半模基片集成波导巴伦用作混频器的射频信号和本振信号的功率分配器件，在此基础上实现了混频功能。与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)半模基片集成波导双平衡混频器在微波毫米波电路的设计中易于平面集成，大大减小了巴伦的体积，解决了以往由于巴伦体积过大而使整个双平衡混频器体积增加的问题。

2)混频效率高。因为介质基片集成波导技术损耗低，混频效率得到提高。

3)带宽较宽。将基片集成波导技术应用于混频电路后，具有较宽的带宽。

4)结构简单。采用上下表面电流180°反相原理设计的半模基片集成波导巴伦工程上极易实现。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是插入损耗随本振功率变化的曲线图。

图3是插入损耗随射频频率变化的曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

如图1所示，半模基片集成波导双平衡混频器，其特征在于包括射频巴伦1、本振巴伦2、射频波导腔体L1、本振波导腔体L2、混频管3和低通滤波器4，其中射频巴伦1设置于射频波导腔体L1上，本振巴伦2设置于本振波导腔体L2上，射频巴伦1的输出端、本振巴伦2的输出端分别接混频管3的输入端，射频巴伦1的耦合端、本振巴伦2的耦合端分别接混频管3的输出端，本振巴伦2的短路线接低通滤波器4的输入端。

所述的半模基片集成波导双平衡混频器的实现方法，其特征在于包括如下步骤：

a.)将射频信号经过射频巴伦1得到射频隔离信号，将本振信号经过本振巴伦2得到本振隔离信号，所述射频隔离信号与本振隔离信号等幅但相位相差180°；

b.)将步骤a所述的射频隔离信号与本振隔离信号经过混频管3得到混频信号；

c.)将步骤b所述的混频信号经过低通滤波器4得到中频信号。

基于半模基片集成波导结构的双平衡混频器，包括两个180°的半模基片集成波导的射频巴伦结构1和本振巴伦结构2，在180°半模基片集成波导巴伦1、2的输出端和耦合端连接四混频器管对，在本振巴伦2的输出端的节点连接中频输出端。上述180°半模基片集成波导巴伦包括双面设有金属贴片的介质基片，在介质基片上设有一个半模基片集成波导腔体。在射频巴伦腔体一端的上表面设有射频输入端，在腔体的另一端的上下表面分别设有射频输出端和耦合端，本振巴伦结构与射频巴伦相似。

本发明采用双平衡混频方案，采用180°半模基片集成波导巴伦作为射频和本振的功率分配器件，采用非线性Schottky二极管作为混频非线性器件。射频及本振信号分别通过射频巴伦1和本振巴伦2分为两路等幅但相位相差180°的信号加在四个二极管上，实现了本振与射频信号良好的隔离。利用二极管的非线性产生的射频与本振的差信号，即中频信号，通过低通滤波器滤除其他谐波，取出中频信号，完成了由射频信号到中频信号的混频过程。在射频巴伦的上下表面分别引入相同的1/2波长开路线，对于射频信号而言为开路，对于中频信号而言为短路，防止中频信号泄露到射频输入端；在本振巴伦的上下表面分别引入相同的1/4短路线，对于中频信号而言为短路，从而在短路线处取出中频信号，对于本振信号而言为开路，防止本振信号进入中频端。在中频端口，设计了微带阶跃阻抗低通滤波器，隔离射频和本振信号。

一种用于微波毫米波电路的半模基片集成波导双平衡混频器，包括180°半模基片集成波导射频巴伦1和本振巴伦2，在180°半模基片集成波导射频巴伦I和本振巴伦II的输出端与耦合端分别连接有混频管对D1，D2，D3和D4，在本振巴伦的中频短路支线处连接中频输出端，其中射频及本振巴伦包括双面设有金属贴片的介质基片1，2，在介质基片1，2上设有两个半模基片集成波导腔体L1，L2，在其中一个半模基片集成波导腔体L1的一端的上表面设有射频输入端，在另一端的上下两个表面分别设有射频输出端和耦合端。另一个半模基片集成波导腔体L2端口设置与L1相同。

本发明在X波段实现了以上介绍的半模基片集成波导双平衡混频器，采用厚度为1mm的介质基片，相对介电常数为2.65，如附图所示。其他参数如下所示：

 

单位	L	W_taper	W_stub	via
					mm	9.6	4.3	2.7	0.2
Width	L1	L_taper	L_stub	p
					9.8	6	1	3	0.8

以下是测试结果：

图2显示了射频和本振分别为9GHz和10GHz时，仿真和测量得到的变频损耗与本振功率之间的关系。其中射频和本振分别为9.4GHz和10.4GHz，本振功率为8dBm时，测量的变频损耗为7.3dB。

图3中，当本振频率固定为10.4GHz，本振功率为8dBm时，变频损耗和射频频率之间的关系，测量得到的变频损耗在一个较宽的频率范围内低于10dB，本振频率在9-11.5GHz的频率范围内，测量的变频损耗在12dBm以下。这验证了混频器的宽带特性。

Claims (2)

1、一种半模基片集成波导双平衡混频器，其特征在于包括射频巴伦(1)、本振巴伦(2)、射频波导腔体(L1)、本振波导腔体(L2)、混频管(3)和低通滤波器(4)，其中射频巴伦(1)设置于射频波导腔体(L1)上，本振巴伦(2)设置于本振波导腔体(L2)上，射频巴伦(1)的输出端、本振巴伦(2)的输出端分别接混频管(3)的输入端，射频巴伦(1)的耦合端、本振巴伦(2)的耦合端分别接混频管(3)的输出端，本振巴伦(2)的短路线接低通滤波器(4)的输入端。

2、一种基于权利要求1所述的半模基片集成波导双平衡混频器的实现方法，其特征在于包括如下步骤：

a.)将射频信号经过射频巴伦(1)得到射频隔离信号，将本振信号经过本振巴伦(2)得到本振隔离信号，所述射频隔离信号与本振隔离信号幅度相同但相位相差180°；

b.)将步骤a所述的射频隔离信号与本振隔离信号经过混频管(3)得到混频信号；

c.)将步骤b所述的混频信号经过低通滤波器(4)得到中频信号。

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