CN207910736U - 混频器 - Google Patents

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韩利存
丁庆
黄永江
李晓丛
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Abstract

本实用新型涉及一种混频器。混频器包括:具有第一电磁带隙结构的本振信号输入单元、具有第二电磁带隙结构的射频信号输入单元以及混频单元;本振信号输入单元分别与本振源、混频单元连接,用于接收本振源输出的本振信号,并将接收的本振信号输出至混频单元;射频信号输入单元分别与射频信号源、混频单元连接,用于接收射频信号源输出的射频信号,并将接收的射频信号输出至混频单元;混频单元用于对射频信号和本振信号进行混频处理。通过上述混频器能有效抑制抑制射频和本振谐波,从而减小了混频过程的变频损耗,使得该混频器具有较好的隔离度,并且降低了混频器对接收前端以及本振的指标要求,同时保证了混频器的温度稳定性。

Description

混频器
技术领域
本实用新型涉及变频器领域,特别是涉及一种混频器。
背景技术
混频器是接收机和测量仪器的前端电路,与本振源结合,把信号频率降为中频信号,送入中频处理电路。混频器是微波集成电路接收系统中必不可少的部分,在微波通信、雷达、遥感、侦查与电子对抗系统,以及微波测量系统中有着广泛应用。
混频器通常存在谐波干扰,传统的谐波抑制方法是通过在本振(LO)和射频(RF)端添加额外的谐波抑制滤波器电路,比如在本振(LO)和射频(RF)端设置带通滤波器,从而实现谐波抑制功能。然而,基于该方法实现谐波抑制功能会同时影响混频器的温度稳定性,进而影响混频器的混频效果。
实用新型内容
基于此,有必要针对传统谐波抑制方法影响混频器的温度稳定性的问题,提供一种混频器。
一种混频器,包括:具有第一电磁带隙结构的本振信号输入单元、具有第二电磁带隙结构的射频信号输入单元以及混频单元;
所述本振信号输入单元分别与本振源、所述混频单元连接,用于接收本振源输出的本振信号,并将接收的本振信号输出至所述混频单元;
所述射频信号输入单元分别与射频信号源、所述混频单元连接,用于接收射频信号源输出的射频信号,并将接收的射频信号输出至所述混频单元;
所述混频单元用于对所述射频信号和所述本振信号进行混频处理。
在其中一个实施例中,所述本振信号输入单元由微带线加载所述第一电磁带隙结构构成,所述射频信号输入单元由微带线加载所述第二电磁带隙结构构成。
在其中一个实施例中,所述混频单元包括:第一巴伦、第二巴伦、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管;所述第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管依次首尾串联成环路结构;所述第一巴伦的输入端连接所述本振信号输入单元的输出端;所述第一巴伦的第一输出端连接所述第一二极管和所述第二二极管的公共端、第二输出端连接所述第三二极管和所述第四二极管的公共端;所述第二巴伦的输入端连接所述射频信号输入单元的输出端;所述第二巴伦的第一输出端连接所述第一二极管和所述第三二极管的公共端、第二输出端连接所述第二二极管和所述第四二极管的公共端。
在其中一个实施例中,所述第一巴伦为第一变压器,所述第二巴伦为第二变压器;
所述第一变压器的输入绕组的一端连接所述本振信号输入单元的输出端,另一端接地;所述第一变压器的输出绕组的一端连接所述第一二极管和所述第二二极管的公共端,另一端连接所述第三二极管和所述第四二极管的公共端,所述第一变压器的输出绕组的中间抽头接地;所述第二变压器的输入绕组的一端连接所述射频信号输入单元的输出端,另一端接地;所述第二变压器的输出绕组的一端连接所述第一二极管和所述第三二极管的公共端,另一端连接所述第二二极管和所述第四二极管的公共端。
在其中一个实施例中,所述第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管均为肖特基二极管。
在其中一个实施例中,还包括与所述混频单元连接的中频输出端。
在其中一个实施例中,还包括与所述混频单元连接的中频输出端,所述中频输出端与所述第二变压器的输出绕组的中间抽头连接。
在其中一个实施例中,所述第一电磁带隙结构为与所述本振信号的中心频率匹配的电磁带隙结构,所述第二电磁带隙结构为与所述射频信号的中心频率匹配的电磁带隙结构。
在其中一个实施例中,所述第一电磁带隙结构和所述第二电磁带隙结构为工作频率为2.4GHz对应的电磁带隙结构。
在其中一个实施例中,所述微带线为阻抗为50Ω的微带线。
上述混频器,通过本振信号输入单元设置第一电磁带隙结构、在射频信号输入单元设置第二电磁带隙结构,可以有效抑制抑制射频和本振谐波,从而减小了混频过程的变频损耗,使得该混频器具有较好的隔离度,并且降低了混频器对接收前端以及本振的指标要求,同时保证了混频器的温度稳定性。
附图说明
图1为一实施例中混频器的结构示意图;
图2为一实施例中EBG结构的等效电路图;
图3为一实施例中EBG结构的频响曲线仿真图;
图4为另一实施例中EBG结构的频响曲线仿真图;
图5为另一实施例中混频器的结构示意图;
图6为另一实施例中混频器的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型,下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是,本实用新型可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地,提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。
在一实施例中,提供一种混频器,如图1所示,该混频器包括:具有第一电磁带隙结构的本振信号输入单元110、具有第二电磁带隙结构的射频信号输入单元130以及混频单元150。
混频器通常由非线性元件和选频回路构成,作为接收机和测量仪器等的前端电路,用于将信号从一个频率变换到另外一个频率,实现频谱线性搬移。混频器是微波集成电路接收系统中必不可少的部分,被广泛用于在各种射频/微波等应用中,包括军事雷达、蜂窝基站、遥感、侦查与电子对抗系统、微波通信以及微波测量系统等等。具体地,混频器包括两个输入端和一个输出端,通过混频器可实现输出信号频率等于两个输入信号频率之和、差或两者的其他组合,比如将天线上接收到的射频信号与本振源产生的信号相乘,将信号的频率降为中低频后输出。
在本实施例中,混频器的两个输入端分别为本振信号输入单元110和射频信号输入单元130。其中,本振信号输入单元与本振源的输出端连接,用于接收本振源输出的本振信号,射频信号输入单元与射频信号产生电路的输出端连接,用于接收射频信号。
具体地,本振信号输入单元110和射频信号输入单元130分别具有一EBG结构(electromagnetic band gap,电磁带隙),EBG结构由一种周期性结构组成,具有带阻特性,可以控制电磁波的传播。在本实施例中,通过在本振信号输入单元和射频信号输入单元均设置一EBG结构,使得该混频器可适用于任意幅度的本振信号和射频信号,并对谐波进行抑制。
进一步地,本振信号输入单元110分别与本振源、混频单元150连接,用于接收本振源输出的本振信号,并将接收的本振信号输出至混频单元150,射频信号输入单元130分别与射频信号源、混频单元150连接,用于接收射频信号源输出的射频信号,并将接收的射频信号输出至混频单元150,混频单元150用于对射频信号和本振信号进行混频处理。
混频单元具体为一混频电路,用于通过混频电路将所输入的信号进行混频处理,并输出混频后的信号。具体地,混频电路包括两个信号输入端,分别用于与具有第一EBG结构的本振信号输入单元连接和具有第二EBG结构的射频信号输入单元连接,以便将本振信号以及射频信号输入至混频单元进行混频处理。
通过本振信号输入单元设置第一电磁带隙结构、在射频信号输入单元设置第二电磁带隙结构,可以有效抑制抑制射频和本振谐波,从而减小了混频过程的变频损耗,使得该混频器具有较好的隔离度。并且,传统的通过在各端接入滤波器进行谐波抑制,在对谐波抑制同时无法满足对本振和射频信号幅度的要求,且混频器的温度稳定性造成一定程度的影响,而本申请通过在混频器的信号输入端口加入电磁带隙结构,利用电磁带隙结构的带阻和慢波效应,可最大程度地抑制输入端的谐波干扰,相较于传统谐波抑制方法,简化了混频器结构,并有效降低了混频器对接收前端以及本振的指标要求,保证了混频器的温度稳定性。
在一具体实施例中,本振信号输入端110由微带线加载第一电磁带隙结构构成,射频信号输入端130由微带线加载第二电磁带隙结构构成。
微带线是由支在介质基片上的单一导体带构成的微波传输线,其体积小、重量轻,且具有较强的耦合性,能与有源器件、电路集成为统一的组件。通过在微带线上加载电磁带隙结构,可有效抑制谐波干扰,提高天线的辐射效率。具体地,微带线可设计为阻抗50Ω或75Ω等的微带线结构。
进一步地,第一电磁带隙结构为与本振信号的中心频率匹配的电磁带隙结构,第二电磁带隙结构为与射频信号的中心频率匹配的电磁带隙结构,具体采用的EBG结构可根据本振信号和射频信号的中心频率进行微调。在一具体实施例中,第一电磁带隙结构和第二电磁带隙结构为工作频率为2.4GHz对应的电磁带隙结构。
下面以混频器包括:通过将2.4GHz工作频率的EBG结构加载于阻抗为50Ω的微带线所构成的本振信号输入单元、通过将2.4GHz工作频率的EBG结构加载于阻抗为50Ω的微带线所构成的射频信号输入单元为例,对混频器的谐波抑制效果进行说明:
如图2所示,为工作频率为2.4GHz的EBG结构的等效电路,从图2可以看出,EBG结构可等效为若干个电容和电感串并联网络,频响特性呈现带阻滤波器特性,可使在某些频段的电磁波不能传播,实现谐波抑制的效果。图3、图4分别示出了该EBG结构等效电路的S参数的频率响应曲线,从图3和图4可以看出,该EBG结构等效电路在三次谐波以及五次谐波处抑制能力较强,同时在工作频率范围内具有很小的插损,可满足当前对混频器隔离度高、变频损耗小的要求,有效提高了混频器的抗干扰能力。
在另一实施例中,如图5所示,混频单元包括:第一巴伦、第二巴伦、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管;第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管依次首尾串联成环路结构;第一巴伦的输入端连接本振信号输入单元的输出端;第一巴伦的第一输出端连接第一二极管和第二二极管的公共端、第二输出端连接第三二极管和第四二极管的公共端;第二巴伦的输入端连接射频信号输入单元的输出端;第二巴伦的第一输出端连接第一二极管和第三二极管的公共端、第二输出端连接第二二极管和第四二极管的公共端。
混频器还包括一中频输出端,具体地,该中频输出端与第二巴伦的中间输出抽头连接,实现混频后的中频信号的输出。
上述电路结构所形成的双平衡混频单元,工作频率高,且可进一步对本振和射频的偶次谐波提供完全抑制,降低了混频器的变频损耗,当电路平衡时,本振对射频、中频间,射频对本振、中频间以及中频对本振、射频间的内在宽带隔离,因此具有宽带高隔离特性,无需插入滤波电路,给应用带来极大的方便。
进一步地,如图6所示,在本实施例中第一巴伦为第一变压器,第二巴伦为第二变压器,通过变压器实现平衡非平衡的转换。
具体地,第一变压器的输入绕组的一端连接本振信号输入单元的输出端,另一端接地。第一变压器的输出绕组的一端连接第一二极管和第二二极管的公共端,另一端连接第三二极管和第四二极管的公共端,第一变压器的输出绕组的中间抽头接地。第二变压器的输入绕组的一端连接射频信号输入单元的输出端,另一端接地。第二变压器的输出绕组的一端连接第一二极管和第三二极管的公共端,另一端连接第二二极管和第四二极管的公共端。此外,第二变压器的输出绕组的中间抽头与混频器的中频输出端的连接,以输出中频信号。
进一步地,第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管均为肖特基二极管。
通过上述混频器结构,在实现混频的同时可有效对本振信号和射频信号的谐波进行抑制,从而降低了混频器的变频损耗以及插损,且各信号间具有较高的隔离度,相较于传统谐波抑制方法有效降低了混频器对接收前端以及本振的指标要求,同时保证了混频器的温度稳定性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。因此,本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种混频器,其特征在于,包括:具有第一电磁带隙结构的本振信号输入单元、具有第二电磁带隙结构的射频信号输入单元以及混频单元;
所述本振信号输入单元分别与本振源、所述混频单元连接,用于接收本振源输出的本振信号,并将接收的本振信号输出至所述混频单元;
所述射频信号输入单元分别与射频信号源、所述混频单元连接,用于接收射频信号源输出的射频信号,并将接收的射频信号输出至所述混频单元;
所述混频单元用于对所述射频信号和所述本振信号进行混频处理。
2.根据权利要求1所述的混频器,其特征在于,所述本振信号输入单元由微带线加载所述第一电磁带隙结构构成,所述射频信号输入单元由微带线加载所述第二电磁带隙结构构成。
3.根据权利要求1所述的混频器,其特征在于,所述混频单元包括:第一巴伦、第二巴伦、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管;所述第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管依次首尾串联成环路结构;所述第一巴伦的输入端连接所述本振信号输入单元的输出端;所述第一巴伦的第一输出端连接所述第一二极管和所述第二二极管的公共端、第二输出端连接所述第三二极管和所述第四二极管的公共端;所述第二巴伦的输入端连接所述射频信号输入单元的输出端;所述第二巴伦的第一输出端连接所述第一二极管和所述第三二极管的公共端、第二输出端连接所述第二二极管和所述第四二极管的公共端。
4.根据权利要求3所述的混频器,其特征在于,所述第一巴伦为第一变压器,所述第二巴伦为第二变压器;
所述第一变压器的输入绕组的一端连接所述本振信号输入单元的输出端,另一端接地;所述第一变压器的输出绕组的一端连接所述第一二极管和所述第二二极管的公共端,另一端连接所述第三二极管和所述第四二极管的公共端,所述第一变压器的输出绕组的中间抽头接地;所述第二变压器的输入绕组的一端连接所述射频信号输入单元的输出端,另一端接地;所述第二变压器的输出绕组的一端连接所述第一二极管和所述第三二极管的公共端,另一端连接所述第二二极管和所述第四二极管的公共端。
5.根据权利要求3所述的混频器,其特征在于,所述第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管均为肖特基二极管。
6.根据权利要求1所述的混频器,其特征在于,还包括与所述混频单元连接的中频输出端。
7.根据权利要求4所述的混频器,其特征在于,还包括与所述混频单元连接的中频输出端,所述中频输出端与所述第二变压器的输出绕组的中间抽头连接。
8.根据权利要求1所述的混频器,其特征在于,所述第一电磁带隙结构为与所述本振信号的中心频率匹配的电磁带隙结构,所述第二电磁带隙结构为与所述射频信号的中心频率匹配的电磁带隙结构。
9.根据权利要求8所述的混频器,其特征在于,所述第一电磁带隙结构和所述第二电磁带隙结构为工作频率为2.4GHz对应的电磁带隙结构。
10.根据权利要求2所述的混频器,其特征在于,所述微带线为阻抗为50Ω的微带线。
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