CN1122357C - 微波混频电路 - Google Patents

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Abstract

一种可切换微波信号混频电路包括：振荡器；分别接收第一和第二微波信号和振荡信号的两条微带线；交替产生第一和第二控制偏压的偏压控制电路；根据控制偏压由第一和第二微波信号和振荡信号交替产生第一和第二中频信号的两个FET；以及中频信号输出电路。还可在两FET以及输出电路之间提供Wilkinson分功器，使其间隔离。可使第一和第二探针电路与两微带线耦合，将第一和第二微波变换成相应的包括第一和第二TEM波的第一和第二微波信号。

Description

微波混频电路
本发明涉及一种用于接收微波信号并从该微波信号输出中频信号的微波混频电路。
已知一种微波混频电路，它包括用于产生振荡信号的振荡器、用于接收微波信号和振荡信号的微带线、用于从所接收到的微波信号和振荡信号产生中频信号的PIN二极管。
图4是一现有技术微波混频电路的部分平面示意图。该现有技术微波混频电路具有一个闭锁方向(paralyzing direction)切换和中频放大功能。通过输入端1和2，分别将12千兆赫频带的垂直和水平偏振的微波信号加到微带线6和7上。通过带通滤波器4和5将接收到的垂直和水平偏振的微波信号与具有11.2千兆赫振荡频率的本地振荡信号混频，从而由肖特基势垒二极管48和49产生1千兆赫的中频信号。肖特基势垒二极管48和49的阳极还加有正向偏置电流，以便降低当本地振荡信号强度较小时所引起的变频损耗。中频信号通过低通滤波器12和13，经中频放大器34和35、36和37放大，并被加至PIN二极管38和39上。
另一方面，有一比较器被施加一直流控制信号，该直流控制信号来自端子45，电压为11或15伏，并且比较器将该直流控制信号与一参考电压作比较。比较结果被提供给晶体管42和43的基极。当直流控制信号的电压为11伏时，晶体管42导通，而晶体管43截止，从而只使得中频放大器36和37，以及PIN二极管39工作。因此，通过放大器40和41，在端子45处，输出从水平偏振的微波信号中导出的中频信号。同样，当直流控制信号的电压为15伏时，晶体管43导通，而晶体管42截止，从而只使得中频放大器34和35，以及PIN二极管38工作。因此，通过放大器40和41，在端子45处，输出从垂直偏振的微波信号中导出的中频信号。
本发明的目的在于提供一种改进的微波混频电路。
依照本发明，提供了第一种可切换的微波信号混频电路，它包括：一振荡器3，用于产生振荡信号；第一和第二微带线6和7，它们与振荡器耦合，用于分别接收第一和第二微波信号和振荡信号；偏压控制电路54，用于交替产生第一和第二控制偏压；第一和第二场效应晶体管(FET)8和9，它们分别具有被施加第一和第二控制偏压并与所述第一和第二微带线连接的第一和第二栅极、被施加偏压的漏极以及源极，用于根据控制偏压交替地从来自第一和第二微带线的第一和第二微波信号和振荡信号产生第一和第二中频信号；和一中频信号输出电路14-18、21，用于输出选择产生的中频信号中的一个信号。另外，还可在所述第一和第二FET以及输出电路之间提供一Wilkinson分功器(divider)，用于在第一和第二FET之间提供绝缘。另外，还可提供与第一和第二微带线耦合的第一和第二探针电路(probing circuit)24和25，用于将第一和第二微波转换成包括第一和第二TEM波的第一和第二微波信号。
依照本发明，还提供了第二种可切换的微波信号混频电路，它包括：一振荡器，用于产生振荡信号；多条微带线，用于分别接收多个微波信号，多条微带线与振荡器耦合；一偏压控制线路，用于提供控制偏压；多个FET，它们分别具有被施加控制偏压并与微带线连接的栅极、被施加偏压的漏极以及源极，用于根据控制偏压有选择地从来自微带线的微波信号和振荡信号产生中频信号；和一中频信号输出电路，用于输出选择产生的中频信号中的一个信号。
参照附图阅读以下详细描述，将更清楚本发明的目的和特征，其中：
图1是第一实施例中可切换微波混频电路的部分平面示意图；
图2是第二实施例中可切换微波混频电路的部分平面示意图；
图3是第三实施例中可切换微波混频电路的部分平面示意图；
图4是现有技术微波混频电路的部分平面示意图；
图5是现有技术Wilkinson分功器的电路图；并且
图6是第二实施例中可切换微波混频电路一部分的电路图。
在所有附图中，相同的标号表示相同或相应的元件或部件。
以下将描述本发明的第一实施例。
图1是第一实施例可切换微波混频电路的部分平面示意图。
第一实施例的可切换微波信号混频电路，形成于基片32上，它包括振荡器3，用于产生振荡信号；第一和第二微带线6和7，用于通过端子1和2分别接收第一和第二微波信号，微带线6和7又通过带通滤波器4和5与振荡器3耦合，用于分别接收振荡信号；偏压控制电路54，它包括第一和第二比较器19和20以及与切换控制信号对应的端子21，用于交替产生第一和第二控制偏压；第一和第二砷化镓(GaAs)场效应晶体管(FET)8和9，其第一和第二栅极被分别施加第一和第二控制偏压并与第一和第二微带线6和7连接，漏极被分别施加来自端子51的偏压，而源极分别接地，场效应晶体管8和9根据控制偏压交替地从来自第一和第二微带线6和7的第一和第二微波信号和振荡信号产生第一和第二中频信号；中频信号输出电路，它包括低通滤波器12和13，电容器52和53，以及微带线14和15，每条微带线都具有中频的四分之一波长；中频放大器17，它与微带线14和微带线15连接，用于在端子21处通过交流耦合电容器输出选择产生的中频信号中的一个信号。
偏压控制电路54包括第一和第二比较器19和20以及与切换控制信号对应的端子21，用于交替产生第一和第二控制偏压。用于切换要被接收的微波信号之偏振方向的切换控制信号具有例如由卫星广播接收调谐器(未示出)提供的11伏或15伏的电压。
以下将描述操作情况。
第二比较器20检测切换控制信号是否具有大约15伏的电压。当对第二比较器20施加约15伏电压的切换控制信号时，第二比较器20通过端子11和一电阻器将HIGH电压(例如，接近零电压的负电压)提供给第二FET 9的栅极。
在此情况下，将通过接收水平偏振的微波信号而提供的12千兆赫频带的第二微波信号通过端子2提供给微带线7，还将来自本地振荡器3的例如具有11.2千兆赫本地振荡频率的本地振荡信号通过带通滤波器5提供给微带线7。第二FET 9的漏极被施加一接近IDSS的漏电流，该电流由来自端子51的偏压产生。第二FET 9将第二微波信号变换成1千兆赫频带的中频信号。由于第二FET 9的漏极被施加由来自端子51的偏压所产生的接近IDSS的漏电流，所以虽然由本地振荡器3通过带通滤波器5提供的输出较弱，但是提供了适当的变频特性。
带通滤波器13对中频信号进行带通处理，然后通过微带线15将其提供给中频放大器17，由中频放大器17和18进行放大，并于端子21处输出。
中频放大器17的输入端还与微带线14相连，微带线14用于接收来自第一FET 8的中频信号。但是，在此情况下，第一FET 8的栅极被施加具有LOW电平的偏压控制信号，该电平具有夹断电压附近的负电压，而向第一FET 8的漏极提供近于零的漏电流，在第一FET 8中，对12千兆赫微波信号的反射损耗较大，致使非线性工作不受影响。另外，在本地振荡输出的低频率下，变频损耗极大。因此，在这情况下，不在第一FET 8处提供变频。由此，将微波信号引进微带线14。皆具有四分之一波长的微带线14和15起一匹配电路的作用，并提供相互隔离，从而只将来自第二FET 9的中频信号提供给中频放大器17，并在端子21处输出与来自微带线7的微波信号对应的中频信号。
在把11伏的切换控制信号提供给端子21的情况下，第一FET 8导通，而第二FET 9截止。因此，来自端子1之垂直偏振波的微波信号被变换为中频信号，并于端子21处输出。
以下将描述第二实施例。
图2是第二实施例可切换微波混频电路的部分平面示意图。
第二实施例的基本结构和工作情况大致与第一实施例的相同。不同之处在于还提供了一个吸收电阻器16。
吸收电阻器16的第一端接至与电容器52连接的微带线14的一端，而吸收电阻器16的第二端接至与电容器52连接的微带线15的一端。
微带线14和15以及吸收电阻器16形成一个Wilkinson分功器，致使微带线14和15相互隔离。因此，第一或第二微波信号以良好的隔离度从端子21处输出。
Yoshihiro Konishi于1993年6月20日在《形成高频和微波电路的方法》一书中描述了Wilkinson分功器，该文之第205-207页的一部分参考了1983年8月的IEEE Trans.MTT第31卷第8期第674-678页“微带线3-dB分支线耦合器的优化设计”一文。
图5是《形成高频和微波电路的方法》一书第135页所示的现有技术的Wilkinson n分功器的电路图。标号W表示长度为π/2的微带线的特性阻抗，标号R表示用于各输出端之间隔离的吸收电阻器，其中
W＝(nRLRg)1/2
R＝RL
图6是第二实施例微波混频电路一部分的电路图。
假设Rg＝50欧姆，n＝2，并且RL＝50欧姆。于是，
W＝(2×50×50)1/2
＝71欧姆因此，吸收电阻器16的阻值为2RL＝100欧姆。
以下将描述第三实施例。
图3是第三实施例可切换微波混合信号的部分平面示意图。
第三实施例的可切换微波信号混频电路包括第一和第二探针电路24和25，它们通过低噪声放大器26和27以及28和29与第一和第二微带线6和7耦合，其中每个低噪声放大器都包括高电子迁移率晶体管(HEMT)，用于从波导30(图中示出了截面)中接收第一和第二微波，并将水平偏振和垂直偏振的微波分别转换成包括被施加至第一和第二微带线6和7的第一和第二TEM波分量的第一和第二微波信号，其中第一和第二微带线6和7用于通过端子1和2分别接收第一和第二微波信号，微带线6和7又通过带通滤波器4和5与振荡器3耦合，用于分别接收振荡信号。本实施例的可切换微波信号混频电路还包括偏压控制电路54，该电路54包括第一和第二比较器19和20以及与一切换控制信号对应的端子21，用于交替产生的第一和第二控制偏压；第一和第二砷化镓(GaAs)FET 8和9，其第一和第二栅极分别被施加第一和第二控制偏压并与第一和第二微带线6和7连接，漏极分别被施加来自端子51的偏压，而源极分别接地，FET 8和9根据控制偏压交替地从来自第一和第二微带线6和7的第一和第二微波信号和振荡信号产生第一和第二中频信号；中频信号输出电路，该电路包括低通滤波器12和13，电容器52和53，微带线14和15以及吸收电阻器16，微带线14和15都具有中频的四分之一波长；中频放大器17，它与微带线14和微带线15连接，用于在端子21处通过交流耦合电容器输出有选择产生的中频信号中的一个信号。
以下将描述第三实施例的工作情况。
第二比较器20检测切换控制信号是否具有大约15伏的电压。当第二比较器20被施加约15伏电压的切换控制信号时，第二比较器20通过端子11和一电阻器将HIGH电压(例如，接近零电压的负电压)提供给第二FET 9的栅极。
在此情况下，将通过从波导30中接收水平偏振的微波信号而提供的12千兆赫频带的第二微波信号转换成准TEM波，并将其作为第二微波信号提供给微带线7，其中波导30与接收卫星广播信号的天线耦合。还将来自本地振荡器3的例如具有11.2千兆赫本地振荡频率的本地振荡信号通过低通滤波器5提供给微带线7。第二FET 9的漏极被施加一接近IDSS的漏电流，该电流由来自端子51的偏压产生。第二FET 9将第二微波信号变换成1千兆赫频带的中频信号。由于对第二FET 9的漏极提供由来自端子51的偏压所产生的接近IDSS的漏电流，所以虽然由本地振荡器3通过带通滤波器5提供的输出较弱，但是提供了适当的变频特性。
带通滤波器13对中频信号进行带通处理，然后通过微带线15将其提供给中频放大器17，由中频放大器17和18进行放大，并于端子21处输出。
中频放大器17的输入端还与微带线14相连，微带线14用于接收来自第一FET 8的中频信号。但是，在此情况下，第一FET 8的栅极被施加具有LOW电平的偏压控制信号，该LOW电平具有夹断电压附近的负电压，而向第一FET 8的漏极提供近于零的漏电流，第一FET 8对12千兆赫微波信号的反射损耗较大，致使非线性工作不受影响。另外，在本地振荡输出的低频率下，变频损耗极大增加。因此，不在第一FET 8处提供变频。由此，将微波信号引进微带线14。皆具有四分之一波长并带有吸收电阻器16的微带线14和15相互隔离，从而只将来自第二FET 9的中频信号提供给中频放大器17，并在端子21处输出与来自探针24的水平偏振微波对应的1千兆赫的中频信号。
在把11伏的切换控制信号提供给端子21的情况下，第一FET 8导通，而第二FET 9截止。因此，来自探针25之垂直偏振波的微波信号被变换为1千兆赫的中频信号，并于端子21处输出该中频信号。

Claims (4)

1.一种可切换的微波信号混频电路，其特征在于，包括：
振荡器，用于产生振荡信号；
多条微带线，用于分别接收多个微波信号，所述多条微波线与所述振荡器耦合；
偏压控制电路，用于提供控制偏压；
多个场效应晶体管，它们分别具有被施加所述控制偏压并与所述微带线耦连的栅极、被施加偏置电流的漏极，以及源极，用于根据所述控制偏压和漏极电流，从来自所述微带线的所述微波信号和所述振荡信号，有选择地产生中频信号；以及
中频信号输出电路，用于输出所述有选择产生的中频信号中的一个信号。
2.如权利要求1所述的可切换的微波信号混频电路，其特征在于，还包括一威尔金逊分功器，所述分功器位于所述多个场效应晶体管和所述输出电路之间，用于在所述多个场效应晶体管之间提供隔离。
3.如权利要求1所述的可切换的微波信号混频电路，其特征在于，还包括多个探针电路，所述多个探针电路与所述微带线耦合，用于接收多个微波并将所述多个微波变换成所述多个微波信号，所述多个微波信号分别包括提供给所述多条微带线的多个TEM波。
4.如权利要求1所述的可切换的微波信号混频电路，其特征在于，包括：
所述多条微带线包括第一和第二微带线，用于分别接收第一和第二微波信号和所述振荡信号；
所述偏压控制电路被构成用于交替产生第一和第二控制偏压；
所述多个场效应晶体管包括第一和第二场效应晶体管，它们分别具有被施加所述第一和第二控制偏压并与所述第一和第二微带线耦连的第一和第二栅极、被施加偏置电流的第一和第二漏极，以及第一和第二源极，用于根据所述第一和第二控制偏压以及第一和第二漏极电流，从来自所述第一和第二微带线的所述第一和第二微波信号和所述振荡信号，交替地产生第一和第二中频信号。
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