CN102611390A - W波段二次分谐波混频器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种W波段二次分谐波混频器，包括射频宽带带通滤波器、反向并联二极管对、相位调节传输线、本振低通滤波器和双工器，所述本振低通滤波器的一端与所述双工器的公共端相连，另一端与所述相位调节传输线相连；所述反向并联二极管对跨接在所述射频宽带带通滤波器与所述相位调节传输线之间。本发明采用射频宽带带通滤波器和本振低通滤波器及双工器实现对射频信号，本振信号，中频信号的相互隔离，由于射频宽带带通滤波器和本振低通滤波器及双工器都具有很宽的带宽，因此，混频器可以实现较大的工作带宽。
Description
技术领域
本发明涉及一种二次混谐波混频器，尤其涉及一种W波段二次分谐波混频器。
背景技术
分谐波混频器已经被广泛用于毫米波系统中。与基波混频器相比，分谐波混频器的最大优点是可以利用本振频率的1/2(相对基波混频器)进行混频，大大降低了对本振源的要求。这种优点在W波频段尤为重要。早在上世纪80年代就有W波段分谐波混频器的报道(例如文献Meier P J，Calviello J A，Bie P R.Wide-bandsubharmonically pumped W-band mixer in single-ridge fin-line[J].IEEE Trans.Microw.Theory Tech.，1982，23(12)：2184-2189，所报道的混频器)。这些混频器都有较好的变频损耗性能，甚至可以与同波段的基波混频器相媲美。但由于这些混频的嵌入网络基本上都是采用鳍线和微带线共同实现，因此它们体积较大，并且很难与其它平面电路集成。Iton K.等提出了一种适合于平面电路的二次分谐波混频器结构(Iton K，Iida A，Sasaki Y，et al.A 40 GHz band monolithic even harmonicmixer with antiparallel diode pair[C].In IEEE MTT-S Int.Microw.Symp.Dig.，Boston，MA，1991.879-882)。这种混频器结构采用开路和短路线实现各端口的相互隔离同时给射频、本振及中频信号提供接地。由于这种结构具有结构简单、易于用平面电路实现的优点，得到了广泛的应用。然而，在W波段这种混频结构难以采用混合集成电路技术实现，即便可以实现也会产生较大的变频损耗；此外，受限于开路和短路和短路线的工作带宽，采用这种结构设计的混频器射频带宽和中频带宽都较小。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于W波段的纯平面结构，易于加工的，宽带，高中频二次分谐波混频器。
技术方案：本发明所述的W波段二次分谐波混频器，包括射频宽带带通滤波器、反向并联二极管对，相位调节传输线，本振低通滤波器以及双工器；其中，所述本振低通滤波器一端与所述双工器的公共端相连，另一端与所述相位调节传输线相连；所述反向并联二极管对跨接在所述射频带通滤波器与所述相位调节传输线之间。射频信号通过射频带通滤波器加入二极管对，本振低通滤波器对射频信号有较大的抑制作用，同时能以较小的插入损耗通过本振和中频信号。通过改变相位调节传输线长度可以实现射频信号接地。本振信号和中频信号通过双工器两个端口输入和输出，射频带通滤波器同时为本振信号，中频信号和直流信号提供接地。
所述射频带通滤波器包括主传输线和设置在所述主传输线上的开路线一，开路线二，短路线一和短路线二；所述开路线一和开路线二位于所述主传输线的一侧，所述短路线一和短路线二位于所述传输线的另一侧；所述开路线一与所述短路线一的中心线重合；所述开路线二与所述短路线二的中心线重合。所述开路线一和所述开路线二长度相等，约为本振信号工作波长的四分之一；所述短路线一和所述短路线二的长度相等，约为射频信号工作波长的四分之一；所述开路线一和所述开路线二之间的距离约为射频信号工作波长的四分之一。所述射频带通滤波器可以实现很宽的带宽。由于采用本振信号工作波长的四分之一的开路线，在所述射频带通滤波器的输入端可以实现良好的本振接地；同时，由于采用了射频信号工作波长的四分之一短路线，在所述射频带通滤波器的输入端，可以在很高的中频频率上实现良好的接地效果。
所述反向并联二极管对为倒装封装的反向并联二极管对。
所述相位调节传输线的长度小于射频信号工作波长的二分之一。
所述本振低通滤波器为一个五阶的电容输入型低通滤波器，并且，所述本振低通滤波的3dB截止频率约为50GHz。
所述双工器由阶梯阻抗谐振器一，阶梯阻抗谐振器二，高阻线，并联在所述高阻线上的“工”型单元一，“工”型单元二及开路线组成；所述阶梯阻抗谐振器一中的高阻线和所述阶梯阻抗谐振器二中的高阻线平行放置，形成侧边耦合带通滤波器，为本振信号提供通路并阻止中频信号通过；所述高阻线与所述阶梯阻抗谐振器一在所述阶梯阻抗谐振器一的台阶处相连，并垂直于所述阶梯阻抗谐振器一放置；所述“工”型单元一，所述“工”型单元二，及所述开路线组依次以对称的方式横向放置于所述高阻线上，并与所述阶梯阻抗谐振器一构成低通滤波器，为中频信号提供通路并阻止本振信号通过。由于，带通滤波器中的阶梯阻抗谐振被吸收到低通滤波器中，因此消除了带通滤波器对低通滤波器的影响，从而有效提高了低通滤波器的截止频率。
所述阶梯阻抗谐振器一中的高阻线和所述阶梯阻抗谐振器二中的高阻线的线宽相同，为0.127mm；所述阶梯阻抗谐振器一中的高阻线和所述阶梯阻抗谐振器二中的高阻线间的间距为0.127mm；所述阶梯阻抗谐振器一中的高阻线和所述阶梯阻抗谐振器二中的高阻线间的的长度相等，约为本振信号工作波长的四分之一；所述高阻线线宽为0.127mm；所述“工”型单元一与所述阶梯阻抗谐振器一的距离约为本振信号工作波长的四分之一；所述“工”型单元一与所述“工”型单元二外形尺寸相同。
有益效果：本发明采用射频宽带带通滤波器和本振低通滤波器及双工器实现对射频信号，本振信号，中频信号的相互隔离，由于射频宽带带通滤波器和本振低通滤波器及双工器都具有很宽的带宽，因此，可以实现较大的工作带宽。由于射频宽带带通滤波器中短路线的长度约为射频信号工作波长的四分之一，可以在很高的中频频率上实现良好的接地效果；同时双工器中的带通滤波器以低通滤波器一同设计，有效提高了低通滤波器的截止频率，因此本发明可以实现高中频频率混频。此外，与传统二次分谐波混频器相比，射频通路上不需要侧边耦合带通滤波器，因此降低了加工难度，改善了变频损耗性能。
附图说明
图1为本发明的W波段二次分谐波混频器的结构框图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：本发明由射频宽带带通滤波器1，反向并联二极管对2，相位调节传输线3，本振低通滤波器4以及双工器5构成；其中，所述本振低通滤波器4一端与所述双工器5的公共端相连，另一端与所述相位调节传输线3相连；所述反向并联二极管对2跨接在所述射频宽带带通滤波器1与所述相位调节传输线3之间。射频信号通过射频宽带带通滤波器1加在二极管对2上，本振低通滤波器4对射频信号有较大的抑制作用，同时能以较小的插入损耗通过本振和中频信号。通过改变相位调节传输线长度3可以实现射频信号在二极管对右侧的接地。本振信号和中频信号通过双工器5两个端口输入和输出，射频宽带带通滤波器1同时为本振信号，中频信号和直流信号提供接地。
所述射频宽带带通滤波器1包括主传输线9，所述主传输线上的开路线一6，开路线二7，短路线一8和短路线二10；所述两开路线一6和开路线二7位于所述主传输线9的一侧，所述短路线一8和短路线二10位于所述主传输线9的另一侧；所述开路线一6与所述短路线一8的中心线重合；所述开路线二7与所述短路线二10的中心线重合。所述开路线一6和所述开路线二7长度相等，约为本振信号工作波长的四分之一；所述短路线一8和所述短路线二10的长度相等，约为射频信号工作波长的四分之一；所述开路线一6和所述开路线二7之间的距离约为射频信号工作波长的四分之一。所述短路线一8和短路线二10采用用过孔接地。
所述相位调节传输线3的长度小于射频信号工作波长的二分之一。
所述反向并联二极管对2为倒装封装的反向并联二极管对，型号为Skyworks公司的DMK2308。
所述本振低通滤波器4为一个五阶的电容输入型低通滤波器，并且，所述本振低通滤波4的3dB截止频率约为50GHz。
所述双工器5由阶梯阻抗谐振器一11，阶梯阻抗谐振器二12，高阻线13，并联在所述高阻线13上的“工”型单元一14，“工”型单元二15及开路线16组成；所述阶梯阻抗谐振器一11中的高阻线和所述阶梯阻抗谐振器二12中的高阻线平行放置，形成侧边耦合带通滤波器，为本振信号提供通路并阻止中频信号通过；所述高阻线13与所述阶梯阻抗谐振器一11在所述阶梯阻抗谐振器一11的台阶处相连，并垂直于所述阶梯阻抗谐振器一11放置；所述“工”型单元一14，所述“工”型单元二15，及所述开路线16依次以对称的方式横向放置于所述高阻线13上，并与所述阶梯阻抗谐振器一11构成低通滤波器，为中频信号提供通路并阻止本振信号通过。
所述阶梯阻抗谐振器一11中的高阻线和所述阶梯阻抗谐振器二12中的高阻线的线宽相同，为0.127mm；所述阶梯阻抗谐振器一11中的高阻线和所述阶梯阻抗谐振器二12中的高阻线间的间距为0.127mm；所述阶梯阻抗谐振器一11中的高阻线和所述阶梯阻抗谐振器二12中的高阻线间的的长度相等，约为本振信号工作波长的四分之一；所述高阻13线线宽为0.127mm；所述“工”型单元一14与所述阶梯阻抗谐振器一11的距离约为本振信号工作波长的四分之一；所述“工”型单元一14与所述“工”型单元二15外形尺寸相同。
所述射频宽带带通滤波器1，相位调节传输线3，本振低通滤波器4以及双工器5构成的混频嵌入网络采用厚度为0.127mm的Rogers Duroid R/T5880板材制作。所述反向并联二极管对2，采用导电胶以倒装的方式安装在所述的嵌入网络上。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (10)
1.一种W波段二次分谐波混频器，其特征在于：包括射频宽带带通滤波器(1)、反向并联二极管对(2)、相位调节传输线(3)、本振低通滤波器(4)和双工器(5)，所述本振低通滤波器(4)的一端与所述双工器(5)的公共端相连，另一端与所述相位调节传输线(3)相连；所述反向并联二极管对(2)跨接在所述射频宽带带通滤波器(1)与所述相位调节传输线(3)之间。
2.根据权利要求1所述的W波段二次分谐波混频器，其特征在于：所述射频宽带带通滤波器(1)包括主传输线(9)和设置在所述主传输线(9)上的开路线一(6)、开路线二(7)、短路线一(8)和短路线二(10)；所述开路线一(6)和开路线二(7)位于所述主传输线(9)的一侧，所述短路线一(8)和短路线二(10)位于所述主传输线(9)的另一侧；所述开路线一(6)与所述短路线一(8)的中心线重合；所述开路线二(7)与所述短路线二(10)的中心线重合。
3.根据权利要求2所述的W波段二次分谐波混频器，其特征在于：所述开路线一(6)和所述开路线二(7)长度相等，为本振信号工作波长的四分之一；所述短路线一(8)和所述短路线二(10)的长度相等，为射频信号工作波长的四分之一；所述开路线一(6)和所述开路线二(7)之间的距离为射频信号工作波长的四分之一。
4.根据权利要求2所述的W波段二次分谐波混频器，其特征在于：所述短路线一(8)和短路线二(10)采用用过孔接地。
5.根据权利要求1所述的W波段二次分谐波混频器，其特征在于：所述反向并联二极管对(2)为倒装封装的反向并联二极管对。
6.根据权利要求1所述的W波段二次分谐波混频器，其特征在于：所述相位调节传输线(3)的长度小于射频信号工作波长的二分之一。
7.根据权利要求1所述的W波段二次分谐波混频器，其特征在于：所述本振低通滤波器(4)为一个五阶的电容输入型低通滤波器，并且，所述本振低通滤波(4)的3dB截止频率为50GHz。
8.根据权利要求1所述的W波段二次分谐波混频器，其特征在于：所述双工器(5)由阶梯阻抗谐振器一(11)、阶梯阻抗谐振器二(12)、高阻线(13)、并联在所述高阻线(13)上的“工”型单元一(14)、“工”型单元二(15)和开路线(16)组成；所述阶梯阻抗谐振器一(11)中的高阻线和所述阶梯阻抗谐振器二(12)中的高阻线平行放置，形成侧边耦合带通滤波器，为本振信号提供通路并阻止中频信号通过；所述高阻线(13)与所述阶梯阻抗谐振器一(11)在所述阶梯阻抗谐振器一(11)的台阶处相连，并垂直于所述阶梯阻抗谐振器一(11)放置；所述“工”型单元一(14)、所述“工”型单元二(15)和所述开路线(16)依次以对称的方式横向放置于所述高阻线(13)上，并与所述阶梯阻抗谐振器一(11)构成低通滤波器，为中频信号提供通路并阻止本振信号通过。
9.根据权利要求8所述的W波段二次分谐波混频器，其特征在于：所述阶梯阻抗谐振器一(11)中的高阻线和所述阶梯阻抗谐振器二(12)中的高阻线的线宽相同，为0.127mm；所述阶梯阻抗谐振器一(11)中的高阻线和所述阶梯阻抗谐振器二(12)中的高阻线间的间距为0.127mm；所述阶梯阻抗谐振器一(11)中的高阻线和所述阶梯阻抗谐振器二(12)中的高阻线间的的长度相等，为本振信号工作波长的四分之一。
10.根据权利要求8所述的W波段二次分谐波混频器，其特征在于：所述高阻线(13)线宽为0.127mm；所述“工”型单元一(14)与所述阶梯阻抗谐振器一(11)的距离为本振信号工作波长的四分之一；所述“工”型单元一(14)与所述“工”型单元二(15)外形尺寸相同。
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