CN104079242A - 倍频器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种倍频器，包括：第一Lange耦合器，对输入信号做出响应以形成幅度相同且具有相位差的第一传输信号和第二传输信号；第一传输电路，与第一Lange耦合器连接，用于从第一Lange耦合器接收所述第一传输信号并对第一传输信号进行倍频放大和基波抑制；第二传输电路，与所述第一Lange耦合器连接，用于从所述第一Lange耦合器接收所述第二传输信号并对所述第二传输信号进行倍频放大和基波抑制；第二Lange耦合器，与所述第一传输电路和所述第二传输电路连接，用于合并所述第一传输电路输出的信号和所述第二传输电路输出的信号，以提供具有三倍频的输出信号；第一滤波电路，连接于所述第二Lange耦合器，用于对基波进一步抑制滤除，从而输出较村居的三次谐波。
Description
技术领域
本发明涉及微波通信技术领域，尤其是指一种毫米波平衡结构的倍频器。
背景技术
在毫米波集成电路应用中，随着频率的不断升高，振荡器的频率稳定度、精度以及相位噪声等性能变得越来越差，通过振荡器的直接信号生成随着基频的增加变得越来越困难。要获得高性能的信号源，倍频器是一个更好的选择，倍频器通常是毫米波(mmWave)数据通信、雷达和成型系统的组件。现有技术中，通常使用单管结构的倍频器，然而这种单管结构的倍频器的谐波抑制效果不佳，各次谐波的抑制能力不够。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种毫米波平衡结构的倍频器以解决上述技术问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种倍频器，包括：
第一Lange耦合器，对输入信号做出响应以形成幅度相同且具有相位差的第一传输信号和第二传输信号；
第一传输电路，与所述第一Lange耦合器连接，用于从所述第一Lange耦合器接收所述第一传输信号并对所述第一传输信号进行倍频放大和基波抑制；
第二传输电路，与所述第一Lange耦合器连接，用于从所述第一Lange耦合器接收所述第二传输信号并对所述第二传输信号进行倍频放大和基波抑制；
第二Lange耦合器，与所述第一传输电路和所述第二传输电路连接，用于合并所述第一传输电路输出的信号和所述第二传输电路输出的信号，以提供具有三倍频的输出信号；
第一滤波电路，连接于所述第二Lange耦合器，用于对基波进一步抑制滤除。
作为本发明倍频器的进一步改进，所述第一传输电路包括输入阻抗匹配网络和输出阻抗匹配网络以及依序连接在所述输入阻抗匹配网络和所述输出阻抗匹配网络之间用于输入信号倍频放大的放大器电路和用于抑制基波的第二滤波电路；所述第二传输电路包括输入阻抗匹配网络和输出阻抗匹配网络以及依序连接在所述输入阻抗匹配网络和所述输出阻抗匹配网络之间用于输入信号倍频放大的放大器电路和用于抑制基波的第二滤波电路。
作为本发明倍频器的进一步改进，所述放大器电路为PHEMT管，所述PHEMT管的栅极与所述输入阻抗匹配网络连接，所述PHEMT管的漏极与所述第二滤波电路连接，所述PHEMT管的源极接地。
作为本发明倍频器的进一步改进，所述第一Lange耦合器和所述第二Lange耦合器均包括输入端口、直通端口、耦合端口以及隔离端口；输入信号自所述输入端口进入，部分输入信号自所述直通端口输出，部分输入信号自所述耦合端口输出。
作为本发明倍频器的进一步改进，所述直通端口与所述耦合端口之间存在90度的相位差。
作为本发明倍频器的进一步改进，所述第一Lange耦合器和所述第二Lange耦合器均为正交耦合器。
作为本发明倍频器的进一步改进，所述第一传输信号与所述第二传输信号之间的相位差为90度。
作为本发明倍频器的进一步改进，所述第一Lange耦合器的频率范围为27GHz～32GHz。
作为本发明倍频器的进一步改进，所述第二Lange耦合器的频率范围为81GHz～96GHz。
本发明的有益效果在于，提出一种双平衡结构倍频器，通过对输入信号做出响应产生具有相位差的两路信号，经倍频放大及基波抑制后合并为输出信号，电路中通过采用两级滤波电路以保证输较纯净的三次谐波。
附图说明
图1为本发明倍频器的结构框图；
图2为本发明倍频器的Lange耦合器的结构示意图；以及
图3为本发明倍频器的电路图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
请参照图1和图3，图1为本发明倍频器的结构框图；图3为本发明倍频器的电路图。本发明的倍频器包括：第一Lange耦合器1、第一传输电路、第二传输电路、第二Lange耦合器3以及第一滤波器4。通过第一Lange耦合器1入信号分为两路信号，经过倍频放大机基波抑制后，合并为三倍频的输出信号。通过这种方式，使两路输出信号中不同次谐波成分具有不同的相位差，当这两路信号在输出端被合成后，会使得同相位的谐波成分被加倍，相反相位的谐波成分被相互抵消，以形成三次谐波。利用本发明的倍频器的倍频技术可以直接获得毫米、亚毫米波段倍频源，用在雷达、电子通信、射频天文学、军事侦察等各个领域。
具体地，第一Lange耦合器1用于对输入信号做出响应以形成幅度相同且具有相位差的第一传输信号和第二传输信号，优选地，该第一输入信号与第二传输信号之间的相位差为90度。第一传输电路与第一Lange耦合器1连接，用于从第一Lange耦合器1接收第一传输信号，并通过对第一传输信号进行倍频放大和进行基波抑制，在本实施方式中，第一Lange耦合器1的频率范围为27GHz～32GHz。第二传输电路与第一Lange耦合器1连接，用于从第一Lange耦合器1接收第二传输信号的第二传输电路，并通过对第二传输信号进行倍频放大和进行基波抑制。位于第一输入电路的输出端和第二输入电路的输出端共同连接于第二Lange耦合器3，该第二Lange耦合器3用于合并第一传输电路输出的信号和第二传输电路输出的信号，以提供具有三倍频的输出信号。其中，第一Lange耦合器3位于基频波段工作，该第二Lange耦合器3位于三倍频波段工作。优选地，在本实施方式中，第二Lange耦合器3的频率范围为81GHz～96GHz。另外，第二Lange耦合器3的输出端还连接有第一滤波电路4，用于对基波进一步抑制滤除，以得到较纯净的三次谐波。本发明中电路中采用两级滤波电路可确保该倍频器对基波和二次谐波有很好的抑制度。
在本发明的实施方式中，第一传输电路包括输入阻抗匹配网络21和输出阻抗匹配网络24以及依序连接在输入阻抗匹配网络21和输出阻抗匹配网络24之间用于输入信号倍频放大的放大器电路和用于抑制基波的第二滤波电路23；第二传输电路包括输入阻抗匹配网络21和输出阻抗匹配网络24以及依序连接在输入阻抗匹配网络21和输出阻抗匹配网络24之间用于输入信号倍频放大的放大器电路和用于抑制基波的第二滤波电路23。优选地，该放大器电路为PHEMT管22，其中，该PHEMT管22的栅极与输入阻抗匹配网络连接，PHEMT管22的漏极与第二滤波电路连接，PHEMT管22的源极接地。
如图2所示，本发明中的第一Lange耦合器1和第二Lange耦合器3均包括输入端口11、直通端口12、耦合端口13以及隔离端口14。具体地，输入信号自输入端口11进入，部分输入信号直接送到直通端口12输出，部分输入信号通过耦合到耦合端口13输出，另外，在理想的情况下，没有功率传送到隔离端口14。本发明中，第一Lange耦合器1和第二Lange耦合器3均为正交耦合器，该第一Lange耦合器1和第二Lange耦合器3的直通端口12和耦合端口13之间存在90度的相位差。本发明的第一Lange耦合器1和第二Lange耦合器3的设计参数主要有四个，图2中，Z0表示输入输出微带线的特征阻抗，W表示微带线的宽度，S表示两个相邻微带线之间的间距，λ/4是指工作频带中心频率处波长的四分之一。本发明的第一Lange耦合器1和第二Lange耦合器3的设计使其可用于耦合较强的情况，该第一Lange耦合器1和第二Lange耦合器3不仅克服了普通耦合微带线耦合器耦合时过于松散的缺点，而且很容易实现3dB耦合比，并且具有一个倍频程或更宽的带宽。
请配合参照图1至图3，在本发明中，输入信号fin通过频率范围为27GHz～32GHz的第一Lange耦合器1被分成幅度相同、相位相差90度的两路信号，分别经输入阻抗匹配网络21进行阻抗变换，并同时传送到PHEMT管22的栅极，由PHEMT管22的漏极进行移相输出，仍然正交的两路信号依次经过滤波电路23、输出阻抗匹配网络24进行阻抗下变换，滤除基波和二次谐波后得到纯净的三次谐波，最后由频率范围为81GHz～96GHz的第二Lange耦合器3将两路信号进行合成，再经过一级滤波电路4，对基波进行进一步滤除，输出较纯净的三次谐波3fin。在本实施方式中，第一Lange耦合器1用于对功率分配，第二Lange耦合器3 用于对功率合成。
综上所述，本发明提出的倍频器具有以下优点：
1.可以利用倍频技术直接获得毫米波段、亚毫米波段倍频源，适用于雷达、电子通信、射频天文学、军事侦察等各个技术领域。
2.本发明的倍频器容易产生激励信号的各次谐波成分，是频率合成器中的重要组成部分。
3.本发明的倍频器作为固态器件，其工作电压、器件尺寸远小于真空电子器件，另外，在可靠性和使用寿命上也远远超过真空电子器件。
本发明提出一种双平衡结构倍频器，通过对输入信号做出响应产生具有相位差的两路信号，经倍频放大及基波抑制后合并为输出信号，电路中通过采用两级滤波电路以保证输较纯净的三次谐波。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种倍频器，其特征在于，包括：
第一Lange耦合器，对输入信号做出响应以形成幅度相同且具有相位差的第一传输信号和第二传输信号；
第一传输电路，与所述第一Lange耦合器连接，用于从所述第一Lange耦合器接收所述第一传输信号并对所述第一传输信号进行倍频放大和基波抑制；
第二传输电路，与所述第一Lange耦合器连接，用于从所述第一Lange耦合器接收所述第二传输信号并对所述第二传输信号进行倍频放大和基波抑制；
第二Lange耦合器，与所述第一传输电路和所述第二传输电路连接，用于合并所述第一传输电路输出的信号和所述第二传输电路输出的信号，以提供具有三倍频的输出信号；
第一滤波电路，连接于所述第二Lange耦合器，用于对基波进一步抑制滤除。
2.根据权利要求1所述的倍频器，其特征在于，所述第一传输电路包括输入阻抗匹配网络和输出阻抗匹配网络以及依序连接在所述输入阻抗匹配网络和所述输出阻抗匹配网络之间用于输入信号倍频放大的放大器电路和用于抑制基波的第二滤波电路；所述第二传输电路包括输入阻抗匹配网络和输出阻抗匹配网络以及依序连接在所述输入阻抗匹配网络和所述输出阻抗匹配网络之间用于输入信号倍频放大的放大器电路和用于抑制基波的第二滤波电路。
3.根据权利要求2所述的倍频器，其特征在于，所述放大器电路为PHEMT管，所述PHEMT管的栅极与所述输入阻抗匹配网络连接，所述PHEMT管的漏极与所述第二滤波电路连接，所述PHEMT管的源极接地。
4.根据权利要求1所述的倍频器，其特征在于，所述第一Lange耦合器和所述第二Lange耦合器均包括输入端口、直通端口、耦合端口以及隔离端口；输入信号自所述输入端口进入，部分输入信号自所述直通端口输出，部分输入信号自所述耦合端口输出。
5.根据权利要求2所述的倍频器，其特征在于，所述直通端口与所述耦合端口之间存在90度的相位差。
6.根据权利要求3所述的倍频器，其特征在于，所述第一Lange耦合器和所述第二Lange耦合器均为正交耦合器。
7.根据权利要求1所述的倍频器，其特征在于，所述第一传输信号与所述第二传输信号之间的相位差为90度。
8.根据权利要求1所述的倍频器，其特征在于，所述第一Lange耦合器的频率范围为27GHz～32GHz。
9.根据权利要求1所述的倍频器，其特征在于，所述第二Lange耦合器的频率范围为81GHz～96GHz。
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