CN109586682A - 一种毫米波有源正交信号发生器 - Google Patents

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李旭光
傅海鹏
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Abstract

本发明公开了一种毫米波有源正交信号发生器，一号晶体管和二号晶体管栅极分别输入差分输入正信号和差分输入负信号，源极均接地，漏极级联全通滤波器两个输入端；三号晶体管、四号晶体管、五号晶体管、六号晶体管栅极均连接偏置电压源，源极分别连接全通滤波器四个输出端，漏极分别经一号负载传输线、二号负载传输线、三号负载传输线、四号负载传输线连接至输出端口；三号晶体管、四号晶体管、五号晶体管、六号晶体管漏极输出四路正交信号，三号晶体管和四号晶体管漏极输出的两路信号为差分信号，五号晶体管和六号晶体管漏极输出的两路信号为差分信号。本发明可以用于毫米波相控阵系统中的矢量移相器中，提高系统链路中信号摆幅。

Description

一种毫米波有源正交信号发生器
技术领域
本发明属于毫米波集成电路领域，更具体的说，是涉及一种毫米波有源正交信号发生器。
背景技术
在相控阵收发机、雷达等系统中，移相器作为系统中核心单元实现了系统链路中信号的相位变化，实现系统对空间不同位置进行信号发射和接收。正交信号发生器作为移相器的基础，其插入损耗和信号相位精度以及占用面积都对移相器性能有重要影响。尤其当电路工作频率升高，寄生效应及损耗都恶化了正交信号的品质。
传统的正交信号发生器通常会采用90度延迟线、耦合线正交发生器、RLC集总正交发生器、正交全通滤波器等。这些结构均为无源结构，其插入损耗会随工作频率升高而逐渐增加，尤其是含有电阻的正交发生器结构，损耗将会更大。
因此，本发明提出一种有源正交信号发生器，将无源的正交发生结构与有源的信号放大结构有机结合，通过放大结构实现信号放大从而弥补正交结构带来的损耗，以避免在毫米波工作频段内正交发生器插入损耗大的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种毫米波有源正交信号发生器，该结构将正交发生结构嵌套进放大电路中，目的是为了在产生正交信号的基础上避免由发生器而引入较大的插入损耗，从而提升正交信号幅值。此结构可以用于毫米波相控阵系统中的矢量移相器中，提高系统链路中信号摆幅。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的毫米波有源正交信号发生器，包括一号晶体管、二号晶体管、三号晶体管、四号晶体管、五号晶体管和六号晶体管，所述一号晶体管和二号晶体管的栅极分别输入差分输入正信号和差分输入负信号，所述一号晶体管和二号晶体管的源极均接地，所述一号晶体管和二号晶体管的漏极级联全通滤波器的两个输入端；所述三号晶体管、四号晶体管、五号晶体管、六号晶体管的栅极均连接偏置电压源，所述三号晶体管、四号晶体管、五号晶体管、六号晶体管的源极分别连接全通滤波器的四个输出端，所述三号晶体管、四号晶体管、五号晶体管、六号晶体管的漏极分别经一号负载传输线、二号负载传输线、三号负载传输线、四号负载传输线连接至输出端口；所述三号晶体管、四号晶体管、五号晶体管、六号晶体管的漏极输出四路正交信号，其中三号晶体管和四号晶体管漏极输出的两路信号为差分信号，五号晶体管和六号晶体管漏极输出的两路信号为差分信号。
所述全通滤波器由一号电阻、二号电阻、一号电感、二号电感、一号电容和二号电容构成，其中，所述一号电阻连接于三号晶体管源极和四号晶体管源极之间，所述二号电阻连接于五号晶体管源极和六号晶体管源极之间，所述一号电感连接于一号晶体管漏极和五号晶体管源极之间，所述二号电感连接于二号晶体管漏极和四号晶体管源极之间，所述一号电容连接于一号晶体管漏极和三号晶体管源极之间，所述二号电容连接于二号晶体管漏极和六号晶体管源极之间。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明可以弱化正交全通滤波器的损耗影响，基于半导体工艺晶体管的增益情况，可工作于W波段甚至更高的频段。
(2)本发明可根据晶体管不同频率下的增益性能，提供0～10dB的增益。
附图说明
图1是本发明毫米波有源正交信号发生器的结构示意图。
附图标记:M1一号晶体管，M2二号晶体管，M3三号晶体管，M4四号晶体管，M5五号晶体管，M6六号晶体管，L1一号电感，L2二号电感，C1一号电容，C2二号电容，R1一号电阻，R2二号电阻，TL1一号负载传输线，TL2二号负载传输线，TL3三号负载传输线，TL4四号负载传输线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明的毫米波有源正交信号发生器，包含了类共源共栅放大器和正交全通滤波器，通过两个结构的有机融合，实现了具有增益的正交信号发生结构。
如图1所示，本发明的毫米波有源正交信号发生器，包括一号晶体管M1、二号晶体管M2、三号晶体管M3、四号晶体管M4、五号晶体管M5和六号晶体管M6，其中，一号晶体管M1、二号晶体管M2、三号晶体管M3、四号晶体管M4、五号晶体管M5和六号晶体管M6构成共栅放大器，所述一号晶体管M1和二号晶体管M2作为差分信号的输入级，提供增益。所述一号晶体管M1和二号晶体管M2的栅极分别输入差分输入正信号IN+和差分输入负信号IN-，所述一号晶体管M1和二号晶体管M2的源极均接地GND，所述一号晶体管M1和二号晶体管M2的漏极级联全通滤波器的两个输入端。所述三号晶体管M3、四号晶体管M4、五号晶体管M5、六号晶体管M6的栅极均连接偏置电压源Vbias，所述三号晶体管M3、四号晶体管M4、五号晶体管M5、六号晶体管M6的源极分别连接全通滤波器的四个输出端，所述三号晶体管M3、四号晶体管M4、五号晶体管M5、六号晶体管M6的漏极分别经一号负载传输线TL1、二号负载传输线TL2、三号负载传输线TL3、四号负载传输线TL4连接至输出端口OUT。所述三号晶体管M3、四号晶体管M4、五号晶体管M5、六号晶体管M6的漏极输出四路正交信号，即VI+、VI-、VQ+、VQ-，其中三号晶体管M3和四号晶体管M4漏极输出的两路信号VI+、VQ-为差分信号，五号晶体管M5和六号晶体管M6漏极输出的两路信号VI-、VQ+为差分信号。
所述全通滤波器将差分信号转换为四路正交信号，随后四路信后通过共栅放大器进一步提升信号的品质，从共栅级的漏极与负载传输线间输出。所述全通滤波器由一号电阻R1、二号电阻R2、一号电感L1、二号电感L2、一号电容C1和二号电容C2构成。其中，所述一号电阻R1连接于三号晶体管M3源极和四号晶体管M4源极之间，所述二号电阻R2连接于五号晶体管M5源极和六号晶体管M6源极之间，所述一号电感L1连接于一号晶体管M1漏极和五号晶体管M5源极之间，所述二号电感L2连接于二号晶体管M2漏极和四号晶体管M4源极之间，所述一号电容C1连接于一号晶体管M1漏极和三号晶体管M3源极之间，所述二号电容C2连接于二号晶体管M2漏极和六号晶体管M6源极之间。
本发明提出的应用于毫米波矢量移相器中的毫米波有源正交信号发生器，为了减小工作于毫米波频段的正交发生器的插入损耗，提升正交信号的品质，本发明首次将正交全通滤波器嵌套进入基于类共源共栅的放大器之中。其中，类共源共栅的放大器为信号提供放大，正交全通滤波器将差分信号转化为正交信号。此发明将正交发生器的正交转化级与增益级结合，将传统正交发生结构从有损状态转化为具有增益的结构，从而提高正交信号品质，具有较高使用可行性。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种毫米波有源正交信号发生器，其特征在于，包括一号晶体管(M1)、二号晶体管(M2)、三号晶体管(M3)、四号晶体管(M4)、五号晶体管(M5)和六号晶体管(M6)，所述一号晶体管(M1)和二号晶体管(M2)的栅极分别输入差分输入正信号和差分输入负信号，所述一号晶体管(M1)和二号晶体管(M2)的源极均接地(GND)，所述一号晶体管(M1)和二号晶体管(M2)的漏极级联全通滤波器的两个输入端；所述三号晶体管(M3)、四号晶体管(M4)、五号晶体管(M5)、六号晶体管(M6)的栅极均连接偏置电压源，所述三号晶体管(M3)、四号晶体管(M4)、五号晶体管(M5)、六号晶体管(M6)的源极分别连接全通滤波器的四个输出端，所述三号晶体管(M3)、四号晶体管(M4)、五号晶体管(M5)、六号晶体管(M6)的漏极分别经一号负载传输线(TL1)、二号负载传输线(TL2)、三号负载传输线(TL3)、四号负载传输线(TL4)连接至输出端口；所述三号晶体管(M3)、四号晶体管(M4)、五号晶体管(M5)、六号晶体管(M6)的漏极输出四路正交信号，其中三号晶体管(M3)和四号晶体管(M4)漏极输出的两路信号为差分信号，五号晶体管(M5)和六号晶体管(M6)漏极输出的两路信号为差分信号。
2.根据权利要求1所述的毫米波有源正交信号发生器，其特征在于，所述全通滤波器由一号电阻(R1)、二号电阻(R2)、一号电感(L1)、二号电感(L2)、一号电容(C1)和二号电容(C2)构成，其中，所述一号电阻(R1)连接于三号晶体管(M3)源极和四号晶体管(M4)源极之间，所述二号电阻(R2)连接于五号晶体管(M5)源极和六号晶体管(M6)源极之间，所述一号电感(L1)连接于一号晶体管(M1)漏极和五号晶体管(M5)源极之间，所述二号电感(L2)连接于二号晶体管(M2)漏极和四号晶体管(M4)源极之间，所述一号电容(C1)连接于一号晶体管(M1)漏极和三号晶体管(M3)源极之间，所述二号电容(C2)连接于二号晶体管(M2)漏极和六号晶体管(M6)源极之间。
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