CN1213216A

CN1213216A - 微波混频电路和下变频器

Info

Publication number: CN1213216A
Application number: CN98119748A
Authority: CN
Inventors: 鹿嶋幸朗
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 1999-04-07
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: DE69831048D1; EP0911963B1; US6178319B1; KR100306961B1; EP0911963A1; TW382852B; JPH11103215A; KR19990030127A; CN1120567C; DE69831048T2

Abstract

一种微波混频电路,具有:多个微波信号输入端;本机振荡器,用于输出本机振荡信,以便根据由微波信号输入端输入的微波信号产生中频信号;多个用于变频的场效应晶体管(“FET”),把从微波信号输入端输入的微波信号输入至FET的栅极,把本机振荡器的输出输入至FET的漏极;多个栅极电压控制电路,用于控制FET的栅极电压,由此使FET之一非线性工作,同时使另一个FET截止;以及中频信号输出端,用于输出由FET之一的非线性工作产生的中频信号。

Description

微波混频电路和下变频器

本发明涉及用于通过广播卫星和通信卫星接收卫星广播和通信的微波混频电路和包括该电路的下变频器。

随着卫星广播进入普及阶段以及用数字信号的通信卫星广播已开始使用商用通信卫星，近来普通家庭直接接收多个卫星广播的机会不断增加。由于这一趋势，不断要求用于接收广播的天线缩小尺寸和降低成本。在通信卫星广播的情况下，为了有效地利用频率，通过利用相同频率不同极化的电磁波(例如，水平极化波和垂直极化波)进行多信道广播，因此在接收天线中时常包括具有极化选择功能的低噪声下变频器。

下面参见图5描述现有技术的具有极化选择功能的微波混频电路和中频放大器。

输入至微波信号输入端101和102的水平和垂直极化的微波信号(例如，在12GHz频带内的信号)，在连至微波带状传输线(下面称为“MSL”)106、107的用于变频的肖特基势垒二极管(下面称为“SBD”)148和149中，通过分别与从本机振荡器103经过带通滤波器(下面称为“BPF”)104和105提供的本机振荡信号(例如，11.2GHz的信号)混频，变为1GHz的中频信号。

这里，如果由本机振荡器103提供的本机振荡信号的输出较小，则在SBD148和149中的变频损耗增加。为了避免变频损耗的增加，向SBD148和149提供正向偏置电流。从偏置端110和111通过与SBD148和149的阳极的连接点提供这些偏置电流。

已经通过允许中频通过的低通滤波器(下面称为“LPF”)112和113的中频信号，经中频放大器134、135、136和137放大后再通过PIN二极管138和139。

为了在水平极化波和垂直极化波的输入信号之间进行选择，通过输入信号选择控制端(下面称为“极化选择控制端”)146把中频放大器134和135的电流提供端以及PIN二极管138的阳极与晶体管142的集电极相连接。

同样，通过极化选择控制端147把中频放大器136和137的电流提供端以及PIN二极管139的阳极与晶体管143的发射极相连接。

从外部通过中频信号输出端145向微波混频电路提供极化选择信号(例如，11V或15V的直流电压)。

响应于极化选择信号，比较器144输出不同值的直流信号。

在极化选择信号是11V的场合，晶体管142接通，而同时晶体管143断开。结果，极化选择控制端146的电位升高而控制端147的电位降低。

另一方面，在极化选择信号是15V的场合，晶体管143接通，而同时晶体管142断开。因此，控制端147的电位升高而控制端146的电位降低。

假如极化选择信号是11V，则中频放大器134和135以及PIN二极管138接通，而中频放大器136和137以及PIN二极管139断开，从而将与通过微波信号输入端101输入的水平极化微波信号相应的中频信号提供给中频放大器140和141，而信号经放大至所需的幅度后从中频信号输出端145输出。

同样，假如极化选择信号是15V，则中频放大器134和135以及PIN二极管138接通，而中频放大器136和137以及PIN二极管139断开，从而将与通过微波信号输入端102输入的垂直极化微波信号相应的中频信号提供给中频放大器140和141，而信号经放大至所需的幅度后从中频信号端145输出。

然而，采用现有技术的这种结构，由于它需要对两种不同极化波所输入的微波信号的输入端101和102起反应的中频放大器134、135、136和137以及PIN二极管138和139，因此很难减小结构的尺寸，并且对降低成本也不利。

本发明的微波混频电路具有：多个微波信号输入端；本机振荡器，用于输出本机振荡信号，以根据由微波信号输入端输入的微波信号产生中频信号；多个场效应晶体管(“FET”)，用于变频，把从微波信号输入端输入的微波信号输入至FET的栅极，而把本机振荡器的输出输入至FET的漏极；多个栅极电压控制电路，用于控制FET的栅极电压，由此使FET之一非线性工作，而同时使另一个FET截止；中频信号输出端，用于输出由FET之一的非线性工作产生的中频信号。

通过用栅极电压控制电路控制用于变频的FET的栅极电压，本发明的微波混频电路能够在多个不同的信号中选择一个微波信号，并且将它变换成中频信号。

图1描绘出本发明的第一实施例的微波混频电路的电路图；

图2描绘出本发明的第二实施例的微波混频电路的电路图；

图3描绘出本发明的第三实施例的下变频器的电路图；

图4描绘出本发明的第四实施例的下变频器的电路图；

图5描绘出现有技术的微波混频电路的电路图。

第一例示实施例

下面通过参见图1的电路图，描述本发明的第一实施例的微波混频电路和中频放大器。

本实施例的微波混频电路包括：与例如水平极化波信号和垂直极化波信号相应的微波信号输入端1和2；本机振荡器3；供本振频率通过的带通滤波器(“BPF”)4和5；微波带状传输线(“MSL”)6和7；砷化镓FET(下面称为“FET”)8和9，用于变频；晶体管12和13，它们起栅极电压控制电路的作用，用于将偏置电压提供至FET的栅极和漏极；偏置端10和11，用于提供偏置电压至晶体管的基极；供中频信号通过的低通滤波器(“LPF”)；中频放大器16；以及比较器17和18，它包括偏置选择电路，用于选择要提供至偏置端10和11的偏置电压。

中频信号输出端19输出中频信号，与此同时，它还从外部(例如，用于接收卫星广播的调谐器)接收输入选择信号(例如，11V或15V的直流电压)，用于在水平极化微波信号和垂直极化微波信号之间切换输入。

上述结构的微波混频电路和中频放大器按下面的方式工作。由于水平极化微波信号和垂直极化微波信号由结构相似的电路进行处理，省略部分描述。

首先，下面描述这样的操作，假设在中频信号输出端19处从外部接收到的输入选择信号是15V的直流电压。

通过MSL6，把相应于水平极化波，输入至外部信号输入端1的12GHz频段的微波信号送至与MSL相连接的FET8的栅极，并且在FET8中，该微波信号与从本机振荡器3通过BPF4传来的本机振荡信号(例如，11.2GHz)混频。FET8的源极与地相连接。

两个PNP型的晶体管12和13通过发射极电阻器连至电源的正侧，并通过集电极电阻器连至电源的负侧。

与MSL6相连接的FET8的栅极经滤波器和电阻器连接至晶体管12的集电极，而FET8的漏极经另一个电阻器与晶体管12的发射极相连接。

响应于直流15V的输入选择电压，比较器18输出高电位的电压而比较器17输出低电位的电压至偏置端10。偏置端10经又一个电阻器连接至晶体管12的基极。因此，与偏置端10相连接的晶体管12的基极电位变低，从而使晶体管12接通。这样，由于从晶体管12提供稳定的偏置电压，用于变频的FET8进行适当的非线性工作，以有效的变频增益将12GHz频段的微波信号变为1GHz频段的中频信号。

然后，经变频的中频信号在通过LPF14和隔直流电容器后被送至中频放大器16。

另一方面，把在微波信号输入端2处输入的12GHz频段的垂直极化微波信号经MSL7送至与MSL7相连接的FET9的栅极，并且在FET9中，该信号与从本机振荡器3通过BPF5输入至漏极的本机振荡信号(例如，11.2GHz)混频。FET9的源极与地相连接。

把连接至MSL7的FET9的栅极经滤波器和电阻器耦合至晶体管13的集电极，而FET9的漏极经另一个电阻器与晶体管13的发射极相耦合。

响应于直流15V的输入选择信号，比较器8输出高电位的电压至偏置端11。偏置端11经电阻器连接至晶体管13的基极。高电位的电压经偏置端11提供给晶体管13的基极。

这样，晶体管13截止，结果，用于变频的FET9截止，从而不能以合适的方式用非线性工作进行变频。因此，只与输入至微波信号输入端1的水平极化波相应的1GHz频段的中频信号出现在中频放大器16的输入侧。而这个中频信号在由中频放大器16放大至所需的幅度后，通过隔直流电容器从中频信号输出端19输出。

其次，下面描述输入选择信号是11V时的操作。

比较器18输出低电位而比较器17输出高电位。因此，分别由偏置端10输出高电位，由偏置端11输出低电位，使FET9从晶体管13接收到偏置电压，而FET8从晶体管12接收不到偏置电压，由此导致从中频信号输出端19输出相应于垂直极化波的中频信号。

正如已描述的那样，本发明的微波混频电路能够在两个不同的信号中选择一个微波信号，并且通过由采用比较器的简单的偏置选择电路控制施加至用于变频的FET的栅极和漏极的偏置电压，使该微波信号变为中频信号。

虽然在所描述的实施例中，输入选择信号是直流电压，但输入选择信号并不只限于直流电压，它可以是交流电压或任何形式的脉冲，或者可辨别差异的其他信号。

还有，虽然在本实施例中描述的输入微波信号是极化面不同的两个信号，但是，即使两个输入微波信号是从两个卫星沿不同的入射方向输入的微波信号，本发明的微波混频电路也能合适地工作。

此外，本实施例并不将输入微波信号的数目限制为两个信号，如果有两个以上的信号，则通过扩展本实施例，就能够实现能处理三个或更多个输入微波信号的微波混频电路。第二例示实施例

下面通过参见图2的电路图描述本发明的第二实施例的微波混频电路和中频放大器。

除了下面所述的以外，图2中所示的与图1所画的第一实施例的微波混频电路和中频放大器的电路方案图相同。因此，省略属于对功能同图1中一样的相同结构件部分的描述。

与图1不同的结构件是吸收电阻器20以及MSL21和22，MSL21和22的传输线长度为1GHz频带中频信号的四分之一波长。

将吸收电阻器20连接在把FET8的漏极与LPF14相连接的传输线和把FET9的漏极与LPF15相连接的另一条传输线之间。分别将MSL21连接在与LPF14相连接的隔直流电容器和中频放大器16之间，将MSL22连接在与LPF15连接的隔直流电容器和中频放大器16之间。

MSL21和MSL22连同吸收电阻器20构成了Wilkinson型分功器(divider)，用于确保传输线之间的隔离。

简言之，Wilkinson型分功器消除了FET8和9的输出以及中频放大器16的输出等各输出之间的相互干扰。

与第一实施例的方式相同，如果从外部提供给中频信号输出端19的输入选择信号是15V的直流电压，则只有与输入至微波信号输入端1的水平极化波相应的1GHz频带中频信号出现在中频放大器16的输入侧。然后，中频信号在由中频信号放大器16放大至所需的幅度后，从中频信号输出端19输出。

同样，如果从外部提供给中频信号输出端19的输入选择信号是11V的直流电压，则只有与输入至微波信号输入端2的垂直极化波相应的1GHz频带中频信号出现在中频放大器16的输入侧。然后，中频信号在由中频信号放大器16放大至所需的幅度后，从中频信号输出端19输出。

正如已描述的那样，本发明的微波混频电路能够在多个不同的微波信号中选择所需的微波信号，并且通过由采用比较器的简单的偏置选择电路控制施加至用于变频的FET的栅极和漏极的偏置电压，使该微波信号变为中频信号。此外，本发明的微波混频电路与Wilkinson型分功器相组合，能够在多个不同的微波信号中选择所需的微波信号，并且有效地以低成本将它变频。

虽然在描述的实施例中，输入选择信号是直流电压，但输入选择信号并不只限于直流电压，它可以是交流电压或任何形式的脉冲，或者是差异可辨别的其他信号。

还有，虽然在本实施例中描述的输入微波信号是极化面不同的两个信号，但是，即使两个输入微波信号是从两个卫星沿不同的入射方向输入的微波信号，本发明的微波混频电路也能合适地工作。第三例示实施例

下面通过参见图3的电路图描述本发明的第三实施例的下变频器。

在波导输入端口36、探针23和24以及包含诸如高电子迁移率晶体管(“HEMT”)的低噪声放大器25、26、27和28方面，本实施例与第二实施例不同，将这些部分添加至图2的结构，如图3所示。所有其他的结构件是功能同图2一样的相同结构件，因此省略对它们的描述。

上述结构的下变频器以下面描述的方式工作。

从卫星发出的水平极化波的微波信号输入至波导输入端口36，由探针23变为MSL中传输的准横电磁模波(“Q-TEM”波)，由低噪声放大器25和26作低噪声放大，并且经MSL6送至FET8的栅极。

同样，从卫星发出的垂直极化波的微波信号输入至波导输入端口36，由探针24变为MSL中传输的Q-TEM波，由低噪声放大器27和28作低噪声放大，并且经MSL7送至FET9的栅极。

在微波信号输入至FET8和9之后，被选出的微波信号变为中频信号，并从中频信号输出端19输出)。这些描述与在第二实施例中相同，因而省略。

使用图2画出的微波混频电路的下变频器是以这样方式构成的。

结果，这个下变频器能够在从波导输入端口输入的多个不同的微波信号中选择所需的微波信号，并且通过由采用比较器的简单的偏置选择电路控制施加至用于变频的FET的栅极和漏极的偏置电压，能够使该微波信号变为中频信号，与此同时，将这个下变频器与Wilkinson型分功器组合，能够在多个不同的微波信号输入中选择所需的微波信号，并且将它有效地变频。

虽然在本实施例中，输入选择信号是直流电压，但输入选择信号并不只限于直流电压，它可以是交流电压或任何形式的脉冲，或者是差异可辨别的其他信号。第四例示实施例

下面通过参见图4的电路图描述本发明的第四实施例的下变频器。本实施例属于这样一种下变频器，它用于接收从两个不同的卫星发出的信号，并且使它能够按照第一输入选择信号选择极化波，并且按照第二输入选择信号选择卫星。在示于图4的本实施例的下变频器中，只解释与图3的操作不同的操作。

波导输入端口36或37接收来自两个不同卫星的每个波。探针23、24、31和32把从卫星沿水平和垂直极化面发出的12GHz频带的微波信号变为用于在MSL中传输的Q-TEM波。低噪声放大器25、26、27、28、29和30包括诸如HEMT等低噪声器件。MSL33连接至低噪声放大器25、26，而MSL34连接至低噪声放大器28、29。中频信号输出端19输出中频信号，并且还从外部(例如，用于接收卫星广播的调谐器)向它提供用于选择极化波的第一输入选择信号(例如，11V或15V的直流电压)。极化选择控制电路3 5按照第一输入选择信号控制低噪声放大器25、26和27或者28、29和30的工作。BPF38选择和放大用于选择任何一个卫星的第二输入选择信号(例如，32kHz至48kHz的脉冲信号)，它从外部提供给中频信号输出端19，与第一输入选择信号分离。检波电路39用于对来自BPF 38的脉冲信号检波，并将它变为直流电压。

下面，与图3比较，描述结构如上所述的下变频器的操作。省略了属于具有与第三实施例中相同组成部分和功能的电路的描述。

本实施例在下述的一些方面不同于第三实施例：

1)连同两个波导输入端口36和37，增添某些结构件；

2)从外部通过中频信号输出端19输入用于选择极化波的第一输入选择信号(例如，11V或15V的直流电压)和用于选择卫星的第二输入选择信号(例如，32kHz至48kHz的脉冲信号)；

3)极化选择控制电路35按照第一输入选择信号(例如，11V或15V的直流电压)进行极化选择，并且通过切换与波导输入单元36和37耦合的低噪声放大器25、26、27，和28、29、30来执行选择；当接收到水平极化波信号时，放大器25、27、28和30导通，而放大器26和29截止；当接收到垂直极化波信号时，放大器26、27、29和30导通，而放大器25和28截止；

4)卫星选择是通过用带通滤波器38从第二输入选择信号(例如，32kHz至48kHz的脉冲信号)中分离出一个信号并且用检波电路39检波，加上用比较器17和18来导通/截止晶体管12和13，由此导通/截止用于变频的FET8和9的办法进行的，简言之，通过导通/截止用于变频的FET来选择卫星。

描述图4的电路如下。

由分别设置在波导输入端口36和37中的探针23和31把从两个不同的卫星发出的水平极化波的微波信号变为用于在各自的MSL中传输的Q-TEM波。

用相同的方式，由分别设置在波导输入端口36和37中的探针24和32把从两个不同的卫星发出的垂直极化波的微波信号变为用于在各自的MSL中传输的Q-TEM波。

首先，下面描述把直流15V的第一输入选择信号提供给中频信号输出端19的情况。

在此情况中，下变频器接收水平极化波信号。

极化选择控制电路35输出第一输入选择信号，以接通低噪声放大器25、27、28和30，并且截止低噪声放大器26和29。由设置在各自的波导输入端口36和37内部的探针23和31把从两个不同的卫星发出的水平极化波的微波信号变为在MSL中传输的Q-TEM波。

变换为Q-TEM的波，经过由极化选择控制电路35选择的低噪声放大器25和28的放大，通过MSL33和MSL34，再由低噪声放大器27和30放大后，经MSL6送至FET8的栅极，经MSL7送至FET9的栅极。

在此期间，由于低噪声放大器26和29截止，垂直极化波信号未被放大。

其次描述把直流11V的第一输入选择信号提供给中频信号输出端19的情况。

此时，与上述情况相反，要送至与MSL6相连的FET8的栅极以及与MSL7相连的FET9的栅极的信号是垂直极化波信号。

按照第二输入选择信号(例如，32kHz至48kHz的脉冲信号)来选择卫星，该信号叠加在直流15V上，并由中频信号输出端19提供。

由BPF38提取第二输入选择信号，在检波电路39中放大并变为直流电压后，与此同时，该信号传送至比较器18。

如在第一例示实施例中所描述的那样，这样做导致比较器17通过偏置端10提供低电位的电压给晶体管12的基极，从而接通晶体管12，以向FET8提供来自从晶体管12为FET8提供稳定的偏置。

因此，以有效的变频增益把输入至波导输入端口36的垂直极化微波信号变为1GHz频带的中频信号，并且在通过LPF14后送至中频放大器16。

同样，假如不把第二输入选择信号提供给中频信号输出端19，则输入至波导输入端口37的垂直极化微波信号，在按照中频信号被变频后，从中频信号输出端19输出，这是由于向FET9提供了偏置电压，而未向FET8提供偏置电压。

顺便说一下，本下变频器所装的混频电路和中频放大器电路与图3的相同，因此不再描述。

正如已经描述的那样，本发明实现了微波混频电路和下变频器，它们的尺寸小，成本低，通过包括用于向变频用的FET的栅极和漏极提供偏置电压的偏置电压提供电路和增添控制晶体管基极偏置电压的构造简单的偏置选择电路，它们还能在多个不同的微波输入信号中选择所需的信号，并将它变为中频。

Claims

1．一种微波混频电路，其特征在于包括：

多个微波信号输入端，每个所述输入端分别用于接收水平极化波信号和垂直极化波信号；

本机振荡器，用于产生本机振荡信号；

多个混频电路，用于对每个所述水平极化波信号和垂直极化波信号进行混频；

多个控制电路，用于使所述混频电路之一进行工作并同时停止另一个所述混频电路的工作，以产生中频信号；以及

中频信号输出端，用于输出由所述混频电路之一的工作产生的中频信号。

2．如权利要求1所述的微波混频电路，其特征在于，所述混频电路包括场效应晶体管(“FET”)，它具有耦合至所述微波信号输入端的栅极以及耦合至所述本机振荡器的漏极。

3．如权利要求2所述的微波混频电路，其特征在于，每个所述控制电路包括晶体管，它具有与所述FET之一的栅极相连接的集电极，与所述FET的漏极相连接的发射极，以及与用于向所述基极提供偏置电压的偏置选择电路相连接的基极。

4．如权利要求3所述的微波混频电路，其特征在于，所述偏置选择电路由施加于所述晶体管基极的电位使所述FET之一非线性工作，并且使另一个所述FET截止。

5．如权利要求4所述的微波混频电路，其特征在于，有两个所述晶体管，并且所述偏置选择电路包括两级比较器，把第一级比较器的输出输入至所述晶体管之一的基极，而把第二级比较器的输出输入至另一个所述晶体管的基极。

6．如权利要求2所述的微波混频电路，其特征在于，在每个所述FET的漏极和所述中频信号输出端之间设置Wilkinson型分功器。

7．如权利要求1所述的微波混频电路，其特征在于，所述微波混频电路包括下变频器，所述下变频器还包括耦合至所述输入端，用于将输入微波信号变为横电磁模波(“TEM波”)的多个探针，其中，低噪声放大器连至所述多个探针的每个探针。

8．如权利要求1所述的微波混频电路，其特征在于，所述微波混频电路包括下变频器，所述下变频器还包括：相应于不同信号源的多个波导输入端口；多个探针，耦合至所述输入端，用于把从所述多个波导输入端口的每个端口输入的微波信号变为TEM波；以及与所述多个探针的每个探针相耦合的低噪声放大器。

9．如权利要求8所述的微波混频电路，其特征在于，所述下变频器包括选择电路，用于接通或关断所述多个低噪声放大器的输出。

10．如权利要求9所述的微波混频电路，其特征在于，所述选择电路按照第一输入选择信号选择极化，并且按照第二输入选择信号，通过接通或关断所述FET的非线性工作来选择卫星。

11．如权利要求10所述的微波混频电路，其特征在于，还包括低通滤波器电路，用于分离所述第二输入选择信号；以及检波电路，用于对由所述带通滤波器电路分离的信号进行检波。