CN107888149B - 一种谐波混频倍频电路 - Google Patents

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Abstract

一种谐波混频倍频电路，包含两个耦合器、一对肖特基二极管、四段微带开路线、一段过孔接地微带线和一个微带低通滤波器，采用一对肖特基二极管实现具有谐波混频功能和倍频功能，取代了现有收发***所采用的谐波混频器和倍频器，结构简单，易于实现，提高了***的集成度和可靠性，所需的本振频率只有基波混频本振频率的一半，可以大大降低本振频率，从而提升本振信号的性能，有效的降低成本，故本发明可以运用于微波毫米波收发***中。

Description

一种谐波混频倍频电路
技术领域
本发明涉及微波、毫米波技术领域，尤其涉及一种谐波混频倍频电路。
背景技术
随着频率的提高，振荡源的性能会有所下降，为了解决这一问题，收发***常会采用谐波混频器技术和倍频器技术。然而，分离的谐波混频器和倍频器会导致电路形式复杂，成本增加，更不利于***集成。
对现有技术进行了国内外数据库的检索。专利申请号为02107141.1的“微波及毫米波四次谐波混频器”，公开日期2003年9月24日。介绍了一种基于二极管对的四次谐波混频器，该发明专利在传统谐波混频器结构的基础上引入了微带紧凑谐振单元技术，使其具有较好的闲频抑制和较低的转换损耗。然而，由于该发明专利只给出了二极管对的并联输出端口，而没有给出二极管对的串联输出结构或方案。
专利申请号为201320412983.0的“一种多功能倍频器”，公开日期2013年12月25日。介绍了一种基于反向并联二极管对的多功能倍频器，该专利利能够同时输出二倍频信号和三倍频信号。但是该专利仅给出了单一信号激励下的工作状态，没有给出双信号激励下的工作状态。同时，该专利没有给出信号馈入二极管对所采用的隔直结构或方案，也没给出中频输出结构或输出方案。
专利申请号为201410619126.7的“基于单片集成电路的太赫兹分谐波倍频混频装置”，公开日期2015年3月25日。介绍了一种以倍频输出信号作为本振的谐波混频器，该专利采用了两种类型的二极管，一种是用于倍频使用，另一种则用于谐波混频使用。然而，该专利没有给出倍频输出的结构或方案。另外，该专利采用的两种非线性二极管分别用于谐波混频和倍频，致使该专利的电路结构相对复杂。
Quan Xue 在“IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES,VOL. 51, NO. 5, MAY 2003”中名为“Low Conversion-Loss Fourth Subharmonic MixersIncorporating CMRC for Millimeter-Wave Applications”提出了一种基于肖特基二极管对的低损耗毫米波四次谐波混频电路，该器件利用反向并联二极管对的抑制特定谐频特性和CMRC的带阻特性使得该结构有很好的抑制闲频的特点。然而，因为该结构注重于闲频的抑制以获得良好的谐波混频性能，所以该结构实现不了同时具有谐波混频功能和射频功能的器件。
上述所检索到的论文和专利均从不同的方面阐述了肖特基二极管对在倍频电路和混频电路之中的运用，然而并没有介绍或者给出能够实现倍频功能和谐波混频功能的器件方法或者结构。
发明内容
本发明提供一种谐波混频倍频电路，结构简单，易于实现，提高了***的集成度和可靠性，提升了本振信号的性能，有效的降低了成本。
为了达到上述目的，本发明提供一种谐波混频倍频电路，该谐波混频倍频电路具体包含：
微带“十字结”线，其具有四个端接点：a端、b端、c端和d端，其中a端和c端在同一直线上，b端和d端在同一直线上；
肖特基二极管对，其包含第一肖特基二极管和第二肖特基二极管，第一肖特基二极管的负极连接微带“十字结”线的b端，第二肖特基二极管的正极连接微带“十字结”线的d端；
本振输入组件，其连接微带“十字结”线的a端；
射频输入组件，其连接微带“十字结”线的c端；
过孔接地微带线，其连接第一肖特基二极管的正极；
倍频输出组件，其连接第二肖特基二极管的负极；
中频输出组件，其连接射频输入组件。
所述的本振输入组件包含：
本振输入端口；
本振输入微带耦合器，其一端连接本振输入端口；
第一本振输入匹配微带线，其一端连接本振输入微带耦合器的另一端；
第一开路线，其一端连接第一本振输入匹配微带线的另一端；
第二本振输入匹配微带线，其一端连接第一本振输入匹配微带线的另一端，其另一端连接微带“十字结”线的a端。
所述的射频输入组件包含：
第一射频输入匹配微带线，其一端连接微带“十字结”线的c端；
第四开路线，其一端连接第一射频输入匹配微带线的另一端；
第二射频输入匹配微带线，其一端连接第一射频输入匹配微带线的另一端；
射频输入微带耦合器，其一端连接第二射频输入匹配微带线的另一端；
射频输入端口，其连接射频输入微带耦合器的另一端。
所述的倍频输出组件包含：
第一倍频输出匹配微带线，其一端连接第二肖特基二极管的负极；
第二开路线，其一端连接第一倍频输出匹配微带线的另一端；
第三开路线，其一端连接第一倍频输出匹配微带线的另一端；
第二倍频输出匹配微带线，其一端连接第一倍频输出匹配微带线的另一端；
倍频输出端口，其连接第二倍频输出匹配微带线的另一端。
所述的中频输出组件包含：
微带低通滤波器，其一端连接第二射频输入匹配微带线的另一端；
中频输出端口，其连接微带低通滤波器的另一端。
所述的第一开路线和第三开路线的长度为射频信号波长的四分之一，所述的第二开路线和第四开路线的长度为本振信号波长的四分之一。
本发明采用一对肖特基二极管实现具有谐波混频功能和倍频功能，取代了现有收发***所采用的谐波混频器和倍频器，结构简单，易于实现，提高了***的集成度和可靠性，所需的本振频率只有基波混频本振频率的一半，可以大大降低本振频率，从而提升本振信号的性能，有效的降低成本，故本发明可以运用于微波毫米波收发***中。
附图说明
图1是本发明提供的一种谐波混频倍频电路的结构示意图。
图2是本发明提供的谐波混频倍频电路的倍频输出频谱。
图3是本发明提供的谐波混频倍频电路的中频输出频谱。
具体实施方式
以下根据图1～图3，具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供一种谐波混频倍频电路，其基于肖特基二极管对实现，该谐波混频倍频电路具体包含：
微带“十字结”线12，其具有四个端接点：a端、b端、c端和d端，其中a端和c端在同一直线上，b端和d端在同一直线上；
肖特基二极管对10，其包含第一肖特基二极管和第二肖特基二极管，第一肖特基二极管的负极连接微带“十字结”线12的b端，第二肖特基二极管的正极连接微带“十字结”线12的d端；
本振输入组件，其连接微带“十字结”线12的a端；
射频输入组件，其连接微带“十字结”线12的c端；
过孔接地微带线5，其连接第一肖特基二极管的正极；
倍频输出组件，其连接第二肖特基二极管的负极；
中频输出组件，其连接射频输入组件。
进一步地，所述的本振输入组件包含：
本振输入端口17；
本振输入微带耦合器1，其一端连接本振输入端口17；
第一本振输入匹配微带线2，其一端连接本振输入微带耦合器1的另一端；
第一开路线3，其一端连接第一本振输入匹配微带线2的另一端；
第二本振输入匹配微带线4，其一端连接第一本振输入匹配微带线2的另一端，其另一端连接微带“十字结”线12的a端。
所述的射频输入组件包含：
第一射频输入匹配微带线13，其一端连接微带“十字结”线12的c端；
第四开路线11，其一端连接第一射频输入匹配微带线13的另一端；
第二射频输入匹配微带线14，其一端连接第一射频输入匹配微带线13的另一端；
射频输入微带耦合器15，其一端连接第二射频输入匹配微带线14的另一端；
射频输入端口18，其连接射频输入微带耦合器15的另一端。
所述的倍频输出组件包含：
第一倍频输出匹配微带线7，其一端连接第二肖特基二极管的负极；
第二开路线6，其一端连接第一倍频输出匹配微带线7的另一端；
第三开路线9，其一端连接第一倍频输出匹配微带线7的另一端；
第二倍频输出匹配微带线8，其一端连接第一倍频输出匹配微带线7的另一端；
倍频输出端口20，其连接第二倍频输出匹配微带线8的另一端。
所述的中频输出组件包含：
微带低通滤波器16，其一端连接第二射频输入匹配微带线14的另一端；
中频输出端口19，其连接微带低通滤波器16的另一端。
所述的第一开路线3和第三开路线9的长度为射频信号波长的四分之一；所述的第二开路线6和第四开路线11的长度为本振信号波长的四分之一。
在仿真设计阶段，通过调整第一本振输入匹配微带线2和第二本振输入匹配微带线4的宽度和长度，实现不同工作频率时本振输入信号的阻抗匹配，以保证不同工作频率时本振信号馈入二极管对的激励功率。
通过调整第一射频输入匹配微带线13和第二射频输入匹配微带线14的宽度和长度，实现不同工作频率时射频输入信号的阻抗匹配，以保证不同工作频率时射频信号馈入二极管对的激励功率。
通过调整第一倍频输出匹配微带线7和第二倍频输出匹配微带线8的宽度和长度，实现不同工作频率时倍频输出信号的阻抗匹配，以保证不同工作频率时倍频信号的输出功率。
通过调整微带低通滤波器16的高阻抗线和低阻抗线尺寸，可以获得适合中频信号传输的最佳负载，同时抑制射频信号和本振信号对中频输出端口的泄露。
本发明中，将肖特基二极管对串联在第二开路线6、第三开路线9和过孔接地微带线5之间，这使得肖特基二极管对相对于本振信号和射频信号呈现出反向并联的状态，而相对于倍频输出信号呈现出同向串联的状态。
在倍频输出端肖特基二极管对的非线性效应使得本振信号的偶次谐波同性叠加输出，奇次谐波信号反向抵消，而在中频输出端则使得本振信号的偶次谐波反向抵消，偶次谐波混频同向叠加输出，以此提高倍频输出端口和中频端口之间的隔离度。
所述微带低通滤波器16使得中频信号可以通过，本振信号和射频信号不能通过，以提高中频端口与射频端口和本振端口的隔离度。
本振输入微带耦合器1与射频输入微带耦合器15分别工作在本振信号频段和射频信号频段，不仅能实现隔直流的作用，也能提高本振信号与射频信号之间的隔离度。
为了进一步的提高效率，在本振输入端加入第一开路线3，起到对射频信号的反射回二极管对的作用，在射频输入端加入第四开路线11，起到对本振信号的反射回二极管对的作用。
图2是倍频输出端口的频谱图，显示了二倍频输出信号对本振抑制超过了35dB，对中频抑制超过了50dB。
图3是中频输出端口的频谱图，显示了中频输出信号对二倍频信号和本振信号的抑制超过了50dB。
基于射频软件仿真平台ADS和HFSS，验证了本发明结构的可行性。
本发明采用一对肖特基二极管实现具有谐波混频功能和倍频功能，取代了现有收发***所采用的谐波混频器和倍频器，结构简单，易于实现，提高了***的集成度和可靠性，所需的本振频率只有基波混频本振频率的一半，可以大大降低本振频率，从而提升本振信号的性能，有效的降低成本，故本发明可以运用于微波毫米波收发***中。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (2)

1.一种谐波混频倍频电路，其特征在于，该谐波混频倍频电路具体包含：
微带“十字结”线(12)，其具有四个端接点：a端、b端、c端和d端，其中a端和c端在同一直线上，b端和d端在同一直线上；
肖特基二极管对(10)，其包含第一肖特基二极管和第二肖特基二极管，第一肖特基二极管的负极连接微带“十字结”线(12)的b端，第二肖特基二极管的正极连接微带“十字结”线(12)的d端；
本振输入组件，其连接微带“十字结”线(12)的a端；
射频输入组件，其连接微带“十字结”线(12)的c端；
过孔接地微带线(5)，其连接第一肖特基二极管的正极；
倍频输出组件，其连接第二肖特基二极管的负极；
中频输出组件，其连接射频输入组件；
所述的本振输入组件包含：
本振输入端口(17)；
本振输入微带耦合器(1)，其一端连接本振输入端口(17)；
第一本振输入匹配微带线(2)，其一端连接本振输入微带耦合器(1)的另一端；
第一开路线(3)，其一端连接第一本振输入匹配微带线(2)的另一端；
第二本振输入匹配微带线(4)，其一端连接第一本振输入匹配微带线(2)的另一端，其另一端连接微带“十字结”线(12)的a端；
所述的射频输入组件包含：
第一射频输入匹配微带线(13)，其一端连接微带“十字结”线(12)的c端；
第四开路线(11)，其一端连接第一射频输入匹配微带线(13)的另一端；
第二射频输入匹配微带线(14)，其一端连接第一射频输入匹配微带线(13)的另一端；
射频输入微带耦合器(15)，其一端连接第二射频输入匹配微带线(14) 的另一端；
射频输入端口(18)，其连接射频输入微带耦合器(15)的另一端；
所述的倍频输出组件包含：
第一倍频输出匹配微带线(7)，其一端连接第二肖特基二极管的负极；
第二开路线(6)，其一端连接第一倍频输出匹配微带线(7)的另一端；
第三开路线(9)，其一端连接第一倍频输出匹配微带线(7)的另一端；
第二倍频输出匹配微带线(8)，其一端连接第一倍频输出匹配微带线(7)的另一端；
倍频输出端口(20)，其连接第二倍频输出匹配微带线(8)的另一端；
所述的中频输出组件包含：
微带低通滤波器(16)，其一端连接第二射频输入匹配微带线(14)的另一端；
中频输出端口(19)，其连接微带低通滤波器(16)的另一端。
2.如权利要求1所述的谐波混频倍频电路，其特征在于，所述的第一开路线(3)和第三开路线(9)的长度为射频信号波长的四分之一，所述的第二开路线(6)和第四开路线(11)的长度为本振信号波长的四分之一。
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