CN109818579A - 一种混频加放大谐波的高效超宽带倍频器 - Google Patents

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余文敏
卢煜旻
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Abstract

本发明涉及一种混频加放大谐波的高效超宽带倍频器，其包括：谐波产生器，其接收基频信号，并根据对频率源的频段要求，利用外部输入的调节电压调节其工作区域，分别产生最大的二次谐波、三次谐波和四次谐波；同时连接在谐波产生器的输出端的第一至第四滤波器；依次连接的第一射频开关和第一功率放大器；第一混频器；第二射频开关；依次连接的第三射频开关和第二功率放大器；依次连接的第四射频开关和第二混频器；以及依次连接的第五射频开关和第三功率放大器。本发明利用工作于非线性区的有源器件产生谐波，并采用多个射频开关将各次谐波进行放大或者混频后再将同频信号合成，从而实现了高效的宽频信号输出。

Description

一种混频加放大谐波的高效超宽带倍频器
技术领域
本发明涉及一种毫米波倍频器，尤其涉及一种混频加放大谐波的高效超宽带倍频器。
背景技术
在毫米波雷达系统中，由于高频的毫米波振荡源稳定性很差，而且输出功率低、成本高，因此绝大部分高频毫米波信号源采用将低频信号源倍频到所需频率的方式，从而获得高稳定性的毫米波源。
现有的宽带倍频器，一般采用注入锁定方式实现，但该方式变频损耗较大，输出功率低；而对于直接利用有源器件非线性产生高次谐波的方式，虽然可以提高变频增益，但是难以实现较宽的频带信号输出。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种混频加放大谐波的高效超宽带倍频器，以避免不必要的直流功耗，并实现高效倍频。
本发明所述的一种混频加放大谐波的高效超宽带倍频器，其包括：
一谐波产生器，其接收一基频信号，并利用一外部输入的调节电压调节其工作区域，以产生最大的二次谐波、三次谐波和四次谐波；
同时连接在所述谐波产生器的输出端的一第一滤波器、一第二滤波器、一第三滤波器和一第四滤波器，该第一至第四滤波器分别输出二倍频信号、基频信号、三倍频信号和四倍频信号；
依次连接在所述第一滤波器的输出端的一第一射频开关和一第一功率放大器；
一连接在所述第二滤波器的输出端的第一混频器；
一连接在所述第一滤波器的输出端与所述第一混频器的输入端之间的第二射频开关；
依次连接在所述第三滤波器的输出端的一第三射频开关和一第二功率放大器，该第二功率放大器的输出端与所述第一混频器的输出端连接；
依次连接在所述第三滤波器的输出端的一第四射频开关和一第二混频器，该第二混频器的输入端与所述第二滤波器的输出端连接；以及
依次连接在所述第四滤波器的输出端的一第五射频开关和一第三功率放大器，该第三功率放大器的输出端与所述第二混频器的输出端连接。
在上述的混频加放大谐波的高效超宽带倍频器中，所述第一滤波器和第三滤波器均为带通滤波器。
在上述的混频加放大谐波的高效超宽带倍频器中，所述第二滤波器为低通滤波器。
在上述的混频加放大谐波的高效超宽带倍频器中，所述第四滤波器为高通滤波器。
在上述的混频加放大谐波的高效超宽带倍频器中，所述第一至第五射频开关为MOS晶体管。
由于采用了上述的技术解决方案，本发明利用工作于非线性区的有源器件产生谐波，并采用多个射频开关将各次谐波进行放大或者混频后再将同频信号合成，从而在保证较低变频损耗的同时实现了各次倍频器之间的切换，进而实现了高效的宽频信号输出。
附图说明
图1是本发明一种混频加放大谐波的高效超宽带倍频器的结构示意图；
图2是本发明的一个具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
如图1所示，本发明，即一种混频加放大谐波的高效超宽带倍频器，包括：
谐波产生器1(其为有源器件)，其接收一基频信号f0，并根据对频率源的频段要求，利用一外部输入的调节电压Vtune调节其工作区域(即导通角)，分别产生最大的二次谐波、三次谐波和四次谐波；
同时连接在谐波产生器1的输出端的第一滤波器2、第二滤波器3、第三滤波器4和第四滤波器5，其分别输出二倍频信号2f0、基频信号f0、三倍频信号3f0和四倍频信号4f0；在本实施例中，第一滤波器2和第三滤波器4为带通滤波器，第二滤波器3为低通滤波器，第四滤波器5为高通滤波器；
依次连接在第一滤波器2的输出端的第一射频开关S1和第一功率放大器6；
连接在第二滤波器3的输出端的第一混频器7；
连接在第一滤波器2的输出端与第一混频器7的输入端之间的第二射频开关S2；
依次连接在第三滤波器4的输出端的第三射频开关S3和第二功率放大器8，该第二功率放大器8的输出端与第一混频器7的输出端连接；
依次连接在第三滤波器4的输出端的第四射频开关S4和第二混频器9，该第二混频器9的输入端还与第二滤波器3的输出端连接；以及
依次连接在第四滤波器5的输出端的第五射频开关S5和第三功率放大器10，该第三功率放大器10的输出端与第二混频器9的输出端连接。
本发明的工作原理如下：
当第一射频开关S1闭合，第二至第五射频开关S2、S3、S4和S5断开时，通过第一功率放大器6可以得到二倍频信号2f0；当第二、第三射频开关S2和S3闭合，第一、第四和第五射频开关S1、S4和S5断开时，通过将基频信号f0与二倍频信号2f0混频以及三次谐波功率放大，并将两路信号合成后可以得到三倍频信号3f0(此处省略了3f0的选频网络)；当第四、第五射频开关S4和S5闭合，第一至第三射频开关S1、S2和S3断开时，通过将基频信号f0与三倍频信号3f0混频合成以及四次谐波功率放大，并将两路信号合成后可以得到四倍频信号4f0(此处省略了4f0的选频网络)。
如图2所示，在本发明的一个具体实施例中，谐波产生器Q1根据基频信号f0，并利用调节电压Vtune的导通角调节作用，通过得到不同的谐波信号2f0、3f0、4f0，然后通过滤波器(无源LC网络，图2中未示出)进行选频，再通过5个射频开关M1-M5打开或闭合各个通路，经过功率放大器或混频器(Q2-Q6)实现各次谐波信号的放大或者混频，从而得到不同的谐波信号，这种方式对谐波产生器产生的各次谐波进行了有效利用，从而高效地实现了宽频信号源。
综上所述，本发明通过将谐波产生器产生的各次谐波先分开，再利用射频开关切换的方式，根据输出信号频率需要打开某些通路而断开其他通路，从而分别对各次谐波进行混频或者放大最后进行合成，以得到高效的宽频信号源，由此不仅可以实现较宽的频率输出，还能有效避免其他通路功放等产生的不必要的直流功耗，进而实现高效倍频。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (5)

1.一种混频加放大谐波的高效超宽带倍频器，其特征在于，所述倍频器包括：
一谐波产生器，其接收一基频信号，并利用一外部输入的调节电压调节其工作区域，以产生最大的二次谐波、三次谐波和四次谐波；
同时连接在所述谐波产生器的输出端的一第一滤波器、一第二滤波器、一第三滤波器和一第四滤波器，该第一至第四滤波器分别输出二倍频信号、基频信号、三倍频信号和四倍频信号；
依次连接在所述第一滤波器的输出端的一第一射频开关和一第一功率放大器；
一连接在所述第二滤波器的输出端的第一混频器；
一连接在所述第一滤波器的输出端与所述第一混频器的输入端之间的第二射频开关；
依次连接在所述第三滤波器的输出端的一第三射频开关和一第二功率放大器，该第二功率放大器的输出端与所述第一混频器的输出端连接；
依次连接在所述第三滤波器的输出端的一第四射频开关和一第二混频器，该第二混频器的输入端与所述第二滤波器的输出端连接；以及
依次连接在所述第四滤波器的输出端的一第五射频开关和一第三功率放大器，该第三功率放大器的输出端与所述第二混频器的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的混频加放大谐波的高效超宽带倍频器，其特征在于，所述第一滤波器和第三滤波器均为带通滤波器。
3.根据权利要求1所述的混频加放大谐波的高效超宽带倍频器，其特征在于，所述第二滤波器为低通滤波器。
4.根据权利要求1所述的混频加放大谐波的高效超宽带倍频器，其特征在于，所述第四滤波器为高通滤波器。
5.根据权利要求1所述的混频加放大谐波的高效超宽带倍频器，其特征在于，所述第一至第五射频开关为MOS晶体管。
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