CN109450381B - 一种无源宽带混频器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无源宽带混频器，包括：本振巴伦、射频巴伦、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、感性补偿单元、有损感性接地网络。本发明可以实现带宽比1:7以内的混频器，在不影响全频带变频损耗的基础上，隔离度恶化的点被有效的抑制；在本设计方案的全频带内，本振射频端口隔离度指标得到了优化，可以很好的满足宽带混频器在通信系统中的应用。

Description

一种无源宽带混频器
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其是一种无源宽带混频器。
背景技术
混频器在通信中一直有着广泛的应用，是实现频率变换的关键器件。在集成电路领域，无源混频器由于其端口隔离度较好、带宽较宽、无需直流供电等优点，是很多场景的优先选项。由于其需要比较大的本振驱动功率，因此，在应用中，本振端口与射频端口之间的隔离度指标尤为重要。因为其若通过射频端口泄露出去，再经过天线反向辐射出去，会造成对其他设备的干扰。更进一步，可能再从天线接收回电路，造成自混频以及信号阻塞(灵敏度退化)等问题，严重干扰后级电路。
传统的无源混频器，大多数采用二极管作为核心器件，综合考虑到线性度、带宽、隔离度等指标，双平衡结构是优先的选择。如图1所示，该传统电路结构，可以实现一定带宽内性能比较好的混频器设计。实现双平衡结构，就需要使用到巴伦电路，常使用的巴伦是由两段电长度为四分之一波长的耦合微带线构成，其在50欧姆匹配环境，可以实现超宽的带宽，但是二极管作为单向导通器件，很难与巴伦电路之间实现宽带的匹配，而巴伦电路是决定本振与射频端口隔离度指标的关键因素。因此，我们可以看到，传统的宽带(一般带宽比大于4)无源双平衡混频器，在整个频带内，都会有一段频带间的隔离度指标比较差，如图2所示。隔离度指标最差的点在-20dB，很难实现全频带的隔离度指标优化。因此，十分有必要，提出一种新的电路结构，专门针对宽带混频器，可以在不影响混频器工作带宽的前提下，实现宽带混频器全频带内较好的本振与射频端口间隔离度指标。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种无源宽带混频器，本振射频端口隔离度指标得到了优化，可以很好的满足宽带混频器在通信系统中的应用。
为解决上述技术问题，本发明提供一种无源宽带混频器，包括：本振巴伦、射频巴伦、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、感性补偿单元、有损感性接地网络；第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4首尾相连，组成一个环路，本振巴伦一端与第一二极管D1和第四二极管D4的连接点相连，一端通过感性补偿单元、有损感性接地网络与第二二极管D2和第三二极管D3的连接点相连，射频巴伦一端与第一二极管D1和第二二极管D2的连接点相连，一端与第三二极管D3和第四二极管D4的连接点相连。
优选的，感性补偿单元串接在本振巴伦的+90°输出端与二极管回路间，该单元由第二片上螺旋电感L2实现；有损感性接地网络并联于第二二极管D2和第三二极管D3的连接点处，由第一片上螺旋电感L1和片上电阻R1并联后一端接地实现。
优选的，对于带宽6-26.5GHz的宽带混频器，第二片上螺旋电感L2的感值为0.2nH～0.5nH之间。
优选的，对于带宽6-26.5GHz的宽带混频器，片上螺旋电感L1的感值在3nH～5nH之间。
优选的，对于带宽6-26.5GHz的宽带混频器，片上电阻R1的阻值在500～600欧姆之间。
本发明的有益效果为：本发明可以实现带宽比1:7以内的混频器，在不影响全频带的变频损耗的基础上，隔离度恶化的点被有效的抑制；在该混频器全频带内，本振射频端口隔离度指标得到了优化，可以很好的满足宽带混频器在通信系统中的应用；在带来上述有益效果的同时，本发明提供的混频器带宽比可以达到1:7。
附图说明
图1为传统的混频器结构示意图。
图2为传统的混频器结构隔离度指标示意图。
图3为本发明的混频器结构示意图。
图4为本发明的混频器结构隔离度指标示意图。
具体实施方式
如图3所示，一种无源宽带混频器，包括：本振巴伦、射频巴伦、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、感性补偿单元、有损感性接地网络；第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4首尾相连，组成一个环路，本振巴伦一端与第一二极管D1和第四二极管D4的连接点相连，一端通过感性补偿单元、有损感性接地网络与第二二极管D2和第三二极管D3的连接点相连，射频巴伦一端与第一二极管D1和第二二极管D2的连接点相连，一端与第三二极管D3和第四二极管D4的连接点相连。
感性补偿单元串接在本振巴伦的+90°输出端与二极管回路间，该单元由第二片上螺旋电感L2实现，有损感性接地网络并联于第二二极管D2和第三二极管D3的连接点处，由第一片上螺旋电感L1和片上电阻R1并联后一端接地实现。信号从本振巴伦输入端进入，理想情况下，在输出端分别实现+90°移相和-90°移相，使两路信号存在180°相位差。理想180°相位差的带宽有一定限制，在这里有损感性接地网络，可以补偿通带内180°相位差。
本发明提供的带宽比为1:7以内(即上限频率是下限频率的1-7倍)的上述结构的混频器，一方面在不影响全频带的变频损耗的基础上，隔离度恶化的点被有效的抑制；另一方面在该混频器全频带内，本振射频端口隔离度指标得到了优化，可以很好的满足宽带混频器在通信系统中的应用；与此同时，相对现有技术而言，本发明提供的混频器在带来上述效果的同时，带宽比可高达1:7(上限频率最高可以高达下限频率的7倍)。
对于带宽6-26.5GHz的宽带混频器，该有损感性接地网络可由第一片上螺旋电感L1实现，第一片上螺旋电感L1的经典感值为3nH～5nH之间，这样的电感值，既可以使得其谐振点落在混频器工作频带内，也不会导致本振信号能量的无用消耗。
由于第一片上螺旋电感L1是并联接地加入电路，一定程度上会消耗本振功率。并联片上电阻R1，可以有效降低该电感的Q值，从而减小有损感性接地网络对本振信号的无用消耗。
感性补偿单元直接串联接在巴伦电路的+90°输出端，由第二片上螺旋电感L2实现，该电感的经典感值为0.2nH～0.5nH之间，对巴伦产生一定程度的电长度补偿，可以在第一片上螺旋电感L1和片上电阻R1构成的有损感性接地网络实现对本振射频隔离度优化的同时，不影响混频器的其他指标的性能。
传统的结构可以实现6-26.5GHz的混频器变频损耗都在-10dB以内，其隔离度指标如图2所示，并没有实现全频带的隔离度指标优化。本发明适用于混频器带宽比在1:7以内，本实施例选用带宽6-26.5GHz进行实验，测试结果表明：在不影响全频带的变频损耗的基础上，隔离度恶化的点被有效的抑制了，如图4所示。可以看出，本发明提供的混频器全频带内，本振射频端口隔离度指标得到了优化，可以很好的满足宽带混频器在通信系统中的应用。

Claims (5)

1.一种无源宽带混频器，其特征在于，包括：本振巴伦、射频巴伦、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、感性补偿单元、有损感性接地网络；第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4首尾相连，组成一个环路，本振巴伦一端与第一二极管D1和第四二极管D4的连接点相连，一端通过感性补偿单元、有损感性接地网络与第二二极管D2和第三二极管D3的连接点相连，射频巴伦一端与第一二极管D1和第二二极管D2的连接点相连，一端与第三二极管D3和第四二极管D4的连接点相连。
2.如权利要求1所述的无源宽带混频器，其特征在于，感性补偿单元串接在本振巴伦的+90°输出端与二极管回路间，该单元由第二片上螺旋电感L2实现；有损感性接地网络并联于第二二极管D2和第三二极管D3的连接点处，由第一片上螺旋电感L1和片上电阻R1并联后一端接地实现。
3.如权利要求2所述的无源宽带混频器，其特征在于，对于带宽6-26.5GHz的宽带混频器，第二片上螺旋电感L2的感值为0.2nH～0.5nH之间。
4.如权利要求2所述的无源宽带混频器，其特征在于，对于带宽6-26.5GHz的宽带混频器，片上螺旋电感L1的感值在3nH～5nH之间。
5.如权利要求2所述的无源宽带混频器，其特征在于，对于带宽6-26.5GHz的宽带混频器，片上电阻R1的阻值在500～600欧姆之间。
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