CN117060857A - 一种高线性低插损混频器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高线性低插损混频器，属于半导体集成电路领域，包括放大器网络、第一巴伦网络、混频器核网络、射频输入的第二巴伦网络；放大器网络接收本振输入信号，经过处理后传送到第一巴伦网络，由第一巴伦网络传递到混频器核网络，再由混频器核网络发送到第二巴伦网络，第二巴伦网络一端接收射频输入信号，另一端发送中频输出信号，解决了现有技术插损高、线性度低的问题。

Description

一种高线性低插损混频器

技术领域

本发明属于半导体集成电路领域，具体涉及一种高线性低插损混频器。

背景技术

在雷达射频接收系统中，对系统性能指标的要求越来越高，其中混频器是影响着整个接收系统的线性度指标的重要因素。与普通的混频器相比,高线性度和低插损混频器作用比较突出。高线性度混频器是大动态接收前端的关键器件，其线性度指标直接影响接收系统的动态范围，在众多种类的混频器中，二极管双平衡混频器相比于二极管数量更少的单端混频器、单平衡混频器，以其在线性度、端口隔离度和杂波抑制等方面的优越性，在微波接收系统前端得到广泛应用，从而保证系统正常工作。因此，混频器的性能制约着整个接收系统的性能，对整个接收系统性能的提高起了决定性的作用，在现有技术的使用过程中，发明人发现现有的技术还存在线性度低、插损高的问题，所以研制高性能、高线性度、低插损的混频器，已经成为微波技术中发展的核心之一。

发明内容

针对现有技术中存在线性度低、插损高的问题，本发明提出了一种高线性低插损混频器，为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：

一种高线性低插损混频器，包括了本振输入的放大器网络、第一巴伦网络、混频器核网络、射频输入的第二巴伦网络；本发明电路结构为：放大器网络接收本振输入信号，经过处理后传送到第一巴伦网络，由第一巴伦网络传递到混频器核网络，再由混频器核网络发送到第二巴伦网络，第二巴伦网络一端接收射频输入信号，另一端发送中频输出信号。

较优的，所述放大器网络包括了本振输入端、输入阻抗匹配网络、微带线L2、Q1放大器、级间阻抗匹配网络、Q2放大器、微带线L5、第一栅极偏置电路、第一漏极偏置电路、第二栅极偏置电路、第二漏极偏置电路、输出阻抗匹配网络，其中输入阻抗匹配网络一端与本振输入端连接，一端连接Q1放大器的栅极，微带线L2一端连接于Q1放大器源级另一端接地；Q1放大器漏极与级间阻抗匹配网络相连，级间阻抗匹配网络连接于Q2放大器栅极；微带线L5一端与Q2放大器源级相连一端接地，Q2放大器漏极与输出阻抗匹配网络连接；第一栅极偏置电路一端连接于电源Vd另一端和输入阻抗匹配电路相连，第一漏极偏置电路一端连接于电源Vd另一端和Q1放大器漏极相连，第二栅极偏置电路一端连接于电源Vd另一端和级间阻抗匹配网络相连，第二漏极偏置电路一端连接于电源Vd另一端和Q2放大器漏极相连。

较优的，所述输入阻抗匹配网络包括了电阻R1、电容C1和微带线L1，所述电阻R1一端接收本振输入的信号，另一端连接电容C1，微带线L1一端连接电容C1另一端连接Q1放大器栅极；所述级间阻抗匹配网络包括电容C2、电阻R5、电容C4、电容C5、电阻R9和微带线L4，电容C2一端与Q1放大器漏极相连，另一端连接于电阻R5，电阻R5与电容C4串联，电容C4另一端接地，电容C5与电阻R9并联，该并联电路一端与电容C2相连，另一端连接于微带线L4。

较优的，所述第一栅极偏置电路包括了电阻R2、电阻R3、电阻R4，其中电阻R3一端连接于微带线L1和电容C1之间，另一端与电阻R2串联，电阻R4一端连接于电阻R2和电阻R3之间，另一端接地；所述第一漏极偏置电路包括了电感L3和电容C3,其中电感L3一端连接于电容C2和Q1放大器漏极之间，另一端连接于电源Vd，电容C3一端接地另一端连接于电感L3。

较优的，所述第二栅极偏置电路包括了电阻R6、电阻R7和电阻R8，所述电阻R6一端和电阻R7相连，电阻R6另一端连接并联的电容C5和电阻R9，电阻R7另一端与电源Vd相连，电阻R8一端连接于电阻R7和电阻R6之间，另一端接地；所述第二漏极偏置电路包括了电感L6和电容C6，其中电感L6一端连接于Q2放大器漏极，另一端连接于电源Vd，电容C6一端连接于电感L6另一端接地。

较优的，所述输出阻抗匹配网络包括了微带线L7、电容C7和电感L8，其中微带线L7一端连接于Q2放大管漏极，另一端与电容C7相连，电容C7一端连接于微带线L7，另一端与电感L8相连，电感L8一端接地。

较优的，所述第一巴伦网络包括了电容C8和巴伦B1，其中巴伦B1与电容C8串联，电容C8另一端接地，巴伦B1一端与电容C7相连，另外两端连接混频器核网络两端。

较优的，所述混频器核网络包括了16个二极管，其中二极管D1和二极管D2串联，二极管D3和二极管D4串联，串联的二极管D1、二极管D2与串联的二极管D3、二极管D4相互并联，二极管D5和二极管D6串联，二极管D7和二极管D8串联，串联的二极管D5、二极管D6与串联的二极管D7、二极管D8相互并联，二极管D8一端与二极管D14相连，二极管D3的一端与二极管D9相连，二极管D13和二极管D14串联，二极管D15和二极管D16串联，串联的二极管D13、二极管D14与串联的二极管D15、二极管D16相互并联，二极管D9和二极管D10串联，二极管D11和二极管D12串联，串联的二极管D9、二极管D10和串联的二极管D11、二极管D12相互并联，第一巴伦网络连接于二极管D5与二极管D2之间，第一巴伦网络另一端连接于二极管D12与二极管D15之间，第二巴伦网络一端与二极管D6相连接，第二巴伦网络另一端与二极管D11相连。

较优的，所述第二巴伦网络包括了中频输出端、射频输入端、电容C9和巴伦B2，其中电容C9与巴伦B2串联，电容C9另一端接地，巴伦B2的一侧两端分别与混频器核网络的另外两端相接，巴伦B2与混频器核网络相连的那端中间为中频输出端，巴伦B2另外一端与射频输入端相连。

较优的，整个信号通路采用电容、微带线及巴伦耦合网络进行阻抗变换。

相比现有技术，本发明的技术方案具有如下优点/有益效果：

1.本发明整个信号通路采用电容、电阻和微带线进行阻抗匹配，所采用的的元器件价格低廉，结构简单，容易实现；

2.本发明采用的偏置电路网络，在完成阻抗匹配的同时，可提供直流供电防止高频自激；

3.本发明中的混频器核网络采用了多个二极管串并组合结构，在完成低插损的同时，可以提高混频器的线性度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明信号通路结构示意图；

图2是本发明电路结构示意图；

图3是本发明的输入阻抗匹配电路结构示意图；

图4是本发明的第一栅极偏置网络结构示意图；

图5是本发明的第一漏极偏置网络结构示意图；

图6是本发明的第二栅极偏置电路结构示意图；

图7是本发明的级间阻抗匹配网络结构示意图；

图8是本发明的第二漏极偏置网络结构示意图；

图9是本发明的输出阻抗匹配网络结构示意图；

图10是本发明的第一巴伦网络结构示意图；

图11是本发明的混频器核网络结构示意图；

图12是本发明的第二巴伦网络结构示意图；

图13是本发明的混频器的插损图；

图14是本发明的混频器输入P1dB仿真图。

具体实施方式

为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。

实施例：

如图1、图2所示，一种高线性低插损混频器，其电路结构为：

包括本振输入的放大器网络、第一巴伦网络、混频器核网络、射频输入的第二巴伦网络；其中放大器网络接收本振输入信号，经过处理后传送到第一巴伦网络，由第一巴伦网络传递到混频器核网络，再由混频器核网络发送到第二巴伦网络，第二巴伦网络一端接收射频输入信号，另一端发送中频输出信号。

所述放大器网络包括了本振输入端、输入阻抗匹配网络、微带线L2、Q1放大器、级间阻抗匹配网络、Q2放大器、微带线L5、第一栅极偏置电路、第一漏极偏置电路、第二栅极偏置电路、第二漏极偏置电路、输出阻抗匹配网络，其中输入阻抗匹配网络一端与本振输入端连接，一端连接Q1放大器的栅极，微带线L2一端连接于Q1放大器源级另一端接地；Q1放大器漏极与级间阻抗匹配网络相连，级间阻抗匹配网络连接于Q2放大器栅极；微带线L5一端与Q2放大器源级相连一端接地，Q2放大器漏极与输出阻抗匹配网络连接；第一栅极偏置电路一端连接于电源Vd另一端和输入阻抗匹配电路相连，第一漏极偏置电路一端连接于电源Vd另一端和Q1放大器漏极相连，第二栅极偏置电路一端连接于电源Vd另一端和级间阻抗匹配网络相连，第二漏极偏置电路一端连接于电源Vd另一端和Q2放大器漏极相连。

如图3所示，输入阻抗匹配网络包括了电阻R1、电容C1和微带线L1，所述电阻R1一端接收本振输入的信号，另一端连接电容C1，微带线L1一端连接电容C1另一端连接Q1放大器栅极。

如图4所示，第一栅极偏置电路包括了电阻R2、电阻R3、电阻R4，其中电阻R3一端连接于微带线L1和电容C1之间，另一端与电阻R2串联，电阻R4一端连接于电阻R2和电阻R3之间，另一端接地，第一栅极偏置电路可以给Q1放大器提供栅极电压。

如图5所示，第一漏极偏置电路包括了电感L3和电容C3,其中电感L3一端连接于电容C2和Q1放大器漏极之间，另一端连接于电源Vd，电容C3一端接地另一端连接于电感L3，第一漏极偏置电路可以起到对电源Vd的滤波作用。

如图6所示，第二栅极偏置电路包括了电阻R6、电阻R7和电阻R8，所述电阻R6一端和电阻R7相连，电阻R6另一端连接并联的电容C5和电阻R9，电阻R7另一端与电源Vd相连，电阻R8一端连接于电阻R7和电阻R6之间，另一端接地，第二栅极偏置电路的作用为给Q2放大器提供栅极电压。

如图7所示，级间阻抗匹配网络包括电容C2、电阻R5、电容C4、电容C5、电阻R9和微带线L4，电容C2一端与Q1放大器漏极相连，另一端连接于电阻R5，电阻R5与电容C4串联，电容C4另一端接地，电容C5与电阻R9并联，该并联电路一端与电容C2相连，另一端连接于微带线L4,该网络完成输入阻抗匹配的功能，电阻R1起衰减作用，调节输入回波。

如图8所示，第二漏极偏置电路包括了电感L6和电容C6，其中电感L6一端连接于Q2放大器漏极，另一端连接于电源Vd，电容C6一端连接于电感L6另一端接地，第二漏极偏置电路可以起到对电源Vd的滤波作用。

如图9所示，输出阻抗匹配网络包括了微带线L7、电容C7和电感L8，其中微带线L7一端连接于Q2放大管漏极，另一端与电容C7相连，电容C7一端连接于微带线L7，另一端与电感L8相连，电感L8一端接地，其中电容C7起到输出隔直的作用，电感L8起到输出匹配作用。

如图10所示，第一巴伦网络包括了电容C8和巴伦B1，其中巴伦B1与电容C8串联，电容C8另一端接地，巴伦B1一端与电容C7相连，另外两端连接混频器核网络两端，电容C8起到减小巴伦B1损耗的作用。

如图11所示，混频器核网络包括了16个二极管，其中二极管D1和二极管D2串联，二极管D3和二极管D4串联，串联的二极管D1、二极管D2与串联的二极管D3、二极管D4相互并联，二极管D5和二极管D6串联，二极管D7和二极管D8串联，串联的二极管D5、二极管D6与串联的二极管D7、二极管D8相互并联，二极管D8一端与二极管D14相连，二极管D3的一端与二极管D9相连，二极管D13和二极管D14串联，二极管D15和二极管D16串联，串联的二极管D13、二极管D14与串联的二极管D15、二极管D16相互并联，二极管D9和二极管D10串联，二极管D11和二极管D12串联，串联的二极管D9、二极管D10和串联的二极管D11、二极管D12相互并联，第一巴伦网络连接于二极管D5与二极管D2之间，第一巴伦网络另一端连接于二极管D12与二极管D15之间，第二巴伦网络一端与二极管D6相连接，第二巴伦网络另一端与二极管D11相连，本混频器核网络采用了多个二极管的堆叠，可以增益混频器的线性度。

如图12所示，第二巴伦网络包括了中频输出端、射频输入端、电容C9和巴伦B2，其中电容C9与巴伦B2串联，电容C9另一端接地，巴伦B2的一侧两端分别与混频器核网络的另外两端相接，巴伦B2与混频器核网络相连的那端中间为中频输出端，巴伦B2另外一端与射频输入端相连，电容C9可以起到减小巴伦B2损耗的作用。

本发明的拓扑结构采用2级放大作为混频器的本振驱动放器，混频器核网络采用高线性拓扑结构，第一和二巴伦网络采用了小型化结构，整个信号通路采用电容、微带线及巴伦耦合网络进行阻抗变换。

整个信号通路采用电容、电阻和微带线进行阻抗匹配，实现起来比较容易。

本发明中的巴伦B1和巴伦B2采用耦合微带线代替，在完成低插损时，同时通过电容C8和C9完成小型化。

采用偏置电路网络，在完成阻抗匹配的同时，可提供直流供电防止高频自激。

芯片测试的插损如图13所示，当中频频率为300MHz，在1GHz-2GHz工作频带内，芯片插损小于9dB，实现了较低的插损，现有同频段的混频器插损小于10dB。

本发明中的混频器核网络采用了多个二极管串并组合结构，芯片测试的输入P1dB如图14所示,在完成低插损时，同时可以提高混频器的线性度，现有同频段的混频器输入P1dB在14dBm左右,本发明在中频为300MHz时，混频器输入P1dB大于18.5dBm。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高线性低插损混频器，其特征在于，包括放大器网络、第一巴伦网络、混频器核网络、第二巴伦网络；放大器网络接收本振输入信号，经过处理后传送到第一巴伦网络，由第一巴伦网络传递到混频器核网络，再由混频器核网络发送到第二巴伦网络，第二巴伦网络一端接收射频输入信号，另一端发送中频输出信号。

2.根据权利要求1所述的一种高线性低插损混频器，其特征在于，所述放大器网络包括了本振输入端、输入阻抗匹配网络、微带线L2、Q1放大器、级间阻抗匹配网络、Q2放大器、微带线L5、第一栅极偏置电路、第一漏极偏置电路、第二栅极偏置电路、第二漏极偏置电路、输出阻抗匹配网络，其中输入阻抗匹配网络一端与本振输入端连接，一端连接Q1放大器的栅极，微带线L2一端连接于Q1放大器源级另一端接地；Q1放大器漏极与级间阻抗匹配网络相连，级间阻抗匹配网络连接于Q2放大器栅极；微带线L5一端与Q2放大器源级相连一端接地，Q2放大器漏极与输出阻抗匹配网络连接；第一栅极偏置电路一端连接于电源Vd另一端和输入阻抗匹配电路相连，第一漏极偏置电路一端连接于电源Vd另一端和Q1放大器漏极相连，第二栅极偏置电路一端连接于电源Vd另一端和级间阻抗匹配网络相连，第二漏极偏置电路一端连接于电源Vd另一端和Q2放大器漏极相连。

3.根据权利要求2所述的一种高线性低插损混频器，其特征在于，所述输入阻抗匹配网络包括了电阻R1、电容C1和微带线L1，所述电阻R1一端接收本振输入的信号，另一端连接电容C1，微带线L1一端连接电容C1另一端连接Q1放大器栅极；所述级间阻抗匹配网络包括电容C2、电阻R5、电容C4、电容C5、电阻R9和微带线L4，电容C2一端与Q1放大器漏极相连，另一端连接于电阻R5，电阻R5与电容C4串联，电容C4另一端接地，电容C5与电阻R9并联，该并联电路一端与电容C2相连，另一端连接于微带线L4。

4.根据权利要求2所述的一种高线性低插损混频器，其特征在于，所述第一栅极偏置电路包括了电阻R2、电阻R3、电阻R4，其中电阻R3一端连接于微带线L1和电容C1之间，另一端与电阻R2串联，电阻R4一端连接于电阻R2和电阻R3之间，另一端接地；所述第一漏极偏置电路包括了电感L3和电容C3,其中电感L3一端连接于电容C2和Q1放大器漏极之间，另一端连接于电源Vd，电容C3一端接地另一端连接于电感L3。

5.根据权利要求2所述的一种高线性低插损混频器，其特征在于，所述第二栅极偏置电路包括了电阻R6、电阻R7和电阻R8，所述电阻R6一端和电阻R7相连，电阻R6另一端连接并联的电容C5和电阻R9，电阻R7另一端与电源Vd相连，电阻R8一端连接于电阻R7和电阻R6之间，另一端接地。

6.根据权利要求2所述的一种高线性低插损混频器，其特征在于，所述输出阻抗匹配网络包括了微带线L7、电容C7和电感L8，其中微带线L7一端连接于Q2放大管漏极，另一端与电容C7相连，电容C7一端连接于微带线L7，另一端与电感L8相连，电感L8一端接地。

7.根据权利要求1所述的一种高线性低插损混频器，其特征在于，所述第一巴伦网络包括了电容C8和巴伦B1，其中巴伦B1与电容C8串联，电容C8另一端接地，巴伦B1一端与电容C7相连，另外两端连接混频器核网络两端。

8.根据权利要求1所述的一种高线性低插损混频器，其特征在于，所述混频器核网络包括了16个二极管，其中二极管D1和二极管D2串联，二极管D3和二极管D4串联，串联的二极管D1、二极管D2与串联的二极管D3、二极管D4相互并联；

二极管D5和二极管D6串联，二极管D7和二极管D8串联，串联的二极管D5、二极管D6与串联的二极管D7、二极管D8相互并联；

二极管D8一端与二极管D14相连，二极管D3的一端与二极管D9相连；

二极管D13和二极管D14串联，二极管D15和二极管D16串联，串联的二极管D13、二极管D14与串联的二极管D15、二极管D16相互并联；

二极管D9和二极管D10串联，二极管D11和二极管D12串联，串联的二极管D9、二极管D10和串联的二极管D11、二极管D12相互并联；

第一巴伦网络连接于二极管D5与二极管D2之间，第一巴伦网络另一端连接于二极管D12与二极管D15之间，第二巴伦网络一端与二极管D6相连接，第二巴伦网络另一端与二极管D11相连。

9.根据权利要求1所述的一种高线性低插损混频器，其特征在于，所述第二巴伦网络包括了中频输出端、射频输入端、电容C9和巴伦B2，其中电容C9与巴伦B2串联，电容C9另一端接地，巴伦B2的一侧两端分别与混频器核网络的另外两端相接，巴伦B2与混频器核网络相连的那端中间为中频输出端，巴伦B2另外一端与射频输入端相连。

10.根据权利要求2所述的一种高线性低插损混频器，其特征在于，所述第二漏极偏置电路包括了电感L6和电容C6，其中电感L6一端连接于Q2放大器漏极，另一端连接于电源Vd，电容C6一端连接于电感L6另一端接地。