CN204966644U - 一种采用串并电容平面螺旋巴伦的宽带无源双平衡混频器 - Google Patents
一种采用串并电容平面螺旋巴伦的宽带无源双平衡混频器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种采用串并电容平面螺旋巴伦的宽带无源双平衡混频器，包括依次连接的LO螺旋巴伦模块、混频回路以及RF螺旋巴伦模块。本申请在第一左一级传输线和第二左一级传输线之间跨接一个第三电容，在第二左一级传输线的直通端串联一个第五电容；在第一右一级传输线和第二右一级传输线之间跨接一个第二电容，在第二右一级传输线的直通端串联一个第四电容。通过上述结构本申请可以缩短巴伦传输线长度，减小环绕圈数，减小巴伦面积，进而减小传输线插入损耗，提高巴伦平衡性，改善变频损耗、隔离度以及驻波。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种采用串并电容平面螺旋巴伦的宽带无源双平衡混频器。
背景技术
在接收机与发射机中，混频器是实现频率变换的核心器件。其中，无源双平衡混频器不存在直流功耗，端口隔离度高，并且可以有效抑制非线性特性带来的杂散谐波分量，因此应用最为广泛。双平衡混频器要求输入等幅反相的平衡信号，因此通常采用平衡-不平衡变换器（巴伦）实现单端不平衡信号与差分平衡信号的转换。
巴伦基本结构（Marchand巴伦）如下图1所示，不平衡信号从A端口单端输入，经过两段四分之一波长的微带传输线耦合后，B、C端口输出移相±90°后的等幅平衡信号；或者等幅反相的平衡信号从B、C端口输入，A端口单端输出不平衡信号。一组Marchand巴伦的长度为二分之一波长，会占据较大的芯片面积，不利于芯片的集成化、小型化。因此通常采用平面螺旋巴伦以缩小巴伦面积，原理图和物理结构图分别如图2和图3所示。
平面螺旋巴伦通过两级微带传输线两两相邻、间隔环绕实现耦合。相比于Marchand巴伦，平面螺旋巴伦减小了y方向的长度，有效减小了芯片y方向的尺寸。但是螺旋布局增加了x方向和y方向的平行耦合传输线数量，两级传输线级间耦合（表面耦合和衬底耦合）更加复杂，B、C端口输出信号的幅度平衡性与相位平衡性有一定程度恶化。另外，两级传输线间的空气桥破坏了传输线的连续性，这同样会使巴伦的幅度平衡性与相位平衡性恶化。巴伦的平衡性恶化后，双平衡混频器对杂散谐波的抑制程度将降低，混频器的变频损耗、隔离度、线性度等指标也会随之恶化。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种采用串并电容平面螺旋巴伦的宽带无源双平衡混频器，以解决现有双平衡混频器体积大，损耗高，隔离度低，线性度低的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种采用串并电容平面螺旋巴伦的宽带无源双平衡混频器，包括依次连接的LO螺旋巴伦模块、混频回路以及RF螺旋巴伦模块；
LO螺旋巴伦模块包括与LO信号连接的左一级传输线模块，以及与左一级传输线模块相耦合的左二极传输线模块；左一级传输线模块包括串联连接的第一左一级传输线和第二左一级传输线，第一左一级传输线和第二左一级传输线之间跨接有第三电容，第二左一级传输线通过第五电容接地；左二极传输线模块的输出端连接至混频回路的输入端，其包括并联连接的第一左二极传输线和第二左二极传输线，第一左二极传输线和第二左二极传输线的中心抽头接地。
RF螺旋巴伦模块包括与RF信号连接的右一级传输线模块，以及与右一级传输线模块相耦合的右二极传输线模块；右一级传输线模块包括串联连接的第一右一级传输线和第二右一级传输线，第一右一级传输线和第二右一级传输线之间跨接有第二电容，第二右一级传输线通过第四电容接地；右二极传输线模块的输出端连接至混频回路的输入端，其包括并联连接的第一右二极传输线和第二右二极传输线，第一右二极传输线和第二右二极传输线的中心抽头分别通过第一电容接地，IF信号经过电感输出。
进一步地，混频回路包括四个首尾相连的二极管。
本实用新型的有益效果为：本申请在第一左一级传输线和第二左一级传输线之间跨接一个第三电容，在第二左一级传输线的直通端串联一个第五电容；在第一右一级传输线和第二右一级传输线之间跨接一个第二电容，在第二右一级传输线的直通端串联一个第四电容。通过上述结构本申请可以缩短巴伦传输线长度，减小环绕圈数，减小巴伦面积，进而减小传输线插入损耗，提高巴伦平衡性，改善变频损耗、隔离度、以及驻波。
附图说明
图1为巴伦基本结构示意图；
图2为平面螺旋巴伦的原理图；
图3为平面螺旋巴伦的物理结构示意图；
图4为本实用新型最佳实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。
如图4所示的采用串并电容平面螺旋巴伦的宽带无源双平衡混频器，包括依次连接的LO螺旋巴伦模块、混频回路以及RF螺旋巴伦模块。下面分别对各个组件进行详细描述：
LO螺旋巴伦模块包括与LO（本振）信号连接的左一级传输线模块，以及与左一级传输线模块相耦合的左二极传输线模块；左一级传输线模块包括串联连接的第一左一级传输线M1和第二左一级传输线M11，第一左一级传输线M1和第二左一级传输线M11之间跨接有第三电容C3，第二左一级传输线M11通过第五电容C5接地；左二极传输线模块的输入端连接至混频回路的输出端，其包括并联连接的第一左二极传输线M2和第二左二极传输线M21，第一左二极传输线M2和第二左二极传输线M21的中心抽头接地。
RF螺旋巴伦模块包括与RF（射频）信号连接的右一级传输线模块，以及与右一级传输线模块相耦合的右二极传输线模块；右一级传输线模块包括串联连接的第一右一级传输线M3和第二右一级传输线M31，第一右一级传输线M3和第二右一级传输线M31之间跨接有第二电容C2，第二右一级传输线M31通过第四电容C4接地；右二极传输线模块的输入端连接至混频回路的输出端，其包括并联连接的第一右二极传输线M4和第二右二极传输线M41，第一右二极传输线M4和第二右二极传输线M41的中心抽头分别通过第一电容C1接地，IF（中频）信号经过电感L1输出。
根据本申请的一个实施例，混频回路包括四个首尾相连的二极管。
本申请的工作原理为：四个首位相连的二极管组成双平衡混频回路。单端非平衡LO信号和RF信号分别输入LO螺旋巴伦和RF螺旋巴伦的一级传输线模块，经过传输线级间耦合，从二级传输线模块的差分端口以等幅反相的信号输入双平衡混频回路。单端IF信号从RF螺旋巴伦的二级传输线模块抽头引出。
第四电容C4串联在RF螺旋巴伦右一级传输线模块的直通端，第二电容C2并联在第一右一级传输线M3和第二右一级传输线M31之间，并且，第二电容C2的两端分别连接在第一右一级传输线M3和第二右一级传输线M31的中心位置。最后调节第二电容C2与第四电容C4的电容值可调节RF螺旋巴伦的幅度平衡性和相位平衡性。
RF螺旋巴伦的二级传输线的中心抽头经第一电容C1连接到地，使中心抽头交流接地。IF信号从该中心抽头经串联连接的电感L1后引出，接地第一电容C1与电感L1对IF信号有简单的低通滤波作用。
第五电容C5串联在LO螺旋巴伦的一级传输线的直通端，第三电容C3并联第一左一级传输线M1和第二左一级传输线M11之间，并且，第三电容C3的两端分别连接在第一左一级传输线M1和第二左一级传输线M11的中心位置。最后调节第三电容C3与第五电容C5的电容值可调节LO螺旋巴伦的幅度平衡性和相位平衡性。
此外，在本申请中，为降低双平衡混频器的变频损耗，LO螺旋巴伦和RF螺旋巴伦中除跨桥外，其余传输线均采用双层金属。
Claims (2)
1.一种采用串并电容平面螺旋巴伦的宽带无源双平衡混频器，其特征在于，包括依次连接的LO螺旋巴伦模块、混频回路以及RF螺旋巴伦模块；
所述LO螺旋巴伦模块包括与LO信号连接的左一级传输线模块，以及与所述左一级传输线模块相耦合的左二极传输线模块；所述左一级传输线模块包括串联连接的第一左一级传输线和第二左一级传输线，所述第一左一级传输线和第二左一级传输线之间跨接有第三电容，所述第二左一级传输线通过第五电容接地；所述左二极传输线模块的输出端连接至混频回路的输入端，其包括并联连接的第一左二极传输线和第二左二极传输线，所述第一左二极传输线和第二左二极传输线的中心抽头接地；
所述RF螺旋巴伦模块包括与RF信号连接的右一级传输线模块，以及与所述右一级传输线模块相耦合的右二极传输线模块；所述右一级传输线模块包括串联连接的第一右一级传输线和第二右一级传输线，所述第一右一级传输线和第二右一级传输线之间跨接有第二电容，所述第二右一级传输线通过第四电容接地；所述右二极传输线模块的输出端连接至混频回路的输入端，其包括并联连接的第一右二极传输线和第二右二极传输线，所述第一右二极传输线和第二右二极传输线的中心抽头分别通过第一电容接地，IF信号经过电感输出。
2.根据权利要求1所述的宽带无源双平衡混频器，其特征在于，所述混频回路包括四个首尾相连的二极管。
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2015
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