CN1825683A - 基片集成波导分谐波上变频器 - Google Patents

基片集成波导分谐波上变频器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于微波毫米波电路的基片集成波导分谐波上变频器，包括介质基片，在介质基片上设有中频信号传输线，其上连接有开路分支，连接处接有微带与基片集成波导转换器，在介质基片I上还设有本振信号传输线，本振信号传输线上连接有短路分支，在中频信号传输线、四分之一本振波长开路分支的连接中心点与本振信号传输线、二分之一射频波长短路分支的连接中心点之间连接有并联的二极管对，微带与基片集成波导转换器上连接有基片集成波导，在基片集成波导另一端上连接有基片集成波导与微带转换器，基片集成波导由双面设金属贴片的介质基片设置两排金属化通孔构成，在基片集成波导的转弯处均设有不连续性消除孔。

Description

基片集成波导分谐波上变频器
技术领域
本发明涉及一种微波毫米波用分谐波上变频器，尤其涉及一种可用于微波毫米波电路设计的基片集成波导分谐波上变频器。
背景技术
微波分谐波上变频器在微波毫米波射频***中得到了大量的应用，它是发信机一个关键部件，将中频信号上变频至微波毫米波信号，以便于其在空间传播；由于其将本振信号的谐波与中频信号相混频，因此其可工作的频率很高，适于微波毫米波的低成本设计。由于是谐波混频，传统的分谐波上变频器很难滤除泄漏至射频的本振信号以及射频相对于二次本振的低端镜像信号。这样传输至射频的信号中包括许多较强功率的杂波，将使得辐射出去的射频信号质量变差，影响通信的质量。因此，需要提出新型的微波分谐波上变频器，以降低杂波干扰。
发明内容
本发明提供一种能够提高射频信号质量、杂波滤除的效果好的基片集成波导分谐波上变频器。
本发明采用如下技术方案：
一种用于微波毫米波电路的基片集成波导分谐波上变频器，包括介质基片I，在介质基片I上设有用于输入中频信号的中频信号传输线，在中频信号传输线上连接有四分之一本振波长的开路分支，在中频信号传输线与四分之一本振波长的开路分支的连接处连接有微带与基片集成波导转换器，在中频信号传输线上还连接有中频低通滤波器且中频信号经中频低通滤波器处理后输至微带与基片集成波导转换器，在介质基片I上还设有用于输入本振信号的本振信号传输线，在本振信号传输线上连接有二分之一射频波长的短路分支，在上述中频信号传输线、四分之一本振波长开路分支的连接中心点与本振信号传输线、二分之一射频波长短路分支的连接中心点之间连接有并联的二极管对，在微带与基片集成波导转换器上连接有基片集成波导且该基片集成波导为呈现弯折形状的波导，在基片集成波导另一端上连接有用于输出射频信号的基片集成波导与微带转换器，上述基片集成波导由在双面设有金属贴片的介质基片设置两排金属化通孔构成，在基片集成波导的转弯处均设有不连续性消除孔。
本发明利用了基片集成波导中一定频率以下信号传输截止的固有特性，用以提高射频(RF)与本振(LO)之间的隔离度，降低本振及其谐波的影响。首先在介质基片的基础上实现了基片集成波导。这种波导具有和矩形金属波导相类似的传输特性和场分布；根据工作频段，设计基片集成波导的尺寸。然后设计分谐波混频管对及其相应的***匹配电路。在本发明中，在上变频信号输出端，使用了一定尺寸的基片集成波导用于滤除本振和杂波；在基片集成波导的设计中注意了折叠式波导拐角的设计，同时设计其与微带电路之间的转换结构，使得整个电路匹配良好；与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)这种基片集成波导在微波毫米波电路的设计中易于集成。这是由于这种基片集成波导完全在介质基片上实现，利用介质基片的介电常数可以很方便地调节这种基片集成波导尺寸的大小，从而较好的实现和其它微波毫米波电路的集成；
2)损耗小。这是它和普通立体金属波导相类似的特性，具有较高的Q值，较低的损耗。所以与微带电路相比，它的Q值比较高，损耗比较低。
3)杂波滤除的效果好。这是由于基片集成波导对于截止频率以下的所有信号具有几乎完全截止的特性所致，隔离度非常高。本发明减小发射射频信号中的杂波成分，提高本振抑制度，从而提高射频信号质量。其次，使用这种基片集成波导分谐波上变频器损耗低，变频性能高。
附图说明
图1是本发明的结构主视图。
图2是本振4.3GHz、中频1GHz的测试射频频谱图。
具体实施方式
一种用于微波毫米波电路的基片集成波导分谐波上变频器，包括介质基片I，在介质基片I上设有用于输入中频信号的中频信号传输线9，在中频信号传输线9上连接有四分之一本振波长的开路分支3，在中频信号传输线9与四分之一本振波长的开路分支3的连接处连接有微带与基片集成波导转换器6，在中频信号传输线9上还连接有中频低通滤波器5且中频信号经中频低通滤波器5处理后输至微带与基片集成波导转换器6，在介质基片I上还设有用于输入本振信号的本振信号传输线8，在本振信号传输线8上连接有二分之一射频波长的短路分支4，在上述中频信号传输线9、四分之一本振波长开路分支3的连接中心点与本振信号传输线8、二分之一射频波长短路分支4的连接中心点之间连接有并联的二极管对1a、1b，在微带与基片集成波导转换器6上连接有基片集成波导2且该基片集成波导2为呈现弯折形状的波导，在基片集成波导2另一端上连接有用于输出射频信号的基片集成波导与微带转换器7，上述基片集成波导2由在双面设有金属贴片的介质基片设置两排金属化通孔构成，在基片集成波导2的转弯处均设有不连续性消除孔10、11。
本发明在X波段所实现了以上介绍的基片集成波导分谐波上变频器，采用厚度为0.5mm的介质基片，相对电介电常数为2.2。基片集成波导总长度为5个波长左右，约10cm左右，考虑到布版，采取折叠形式，在拐角处加入不连续性消除孔调节驻波，如图1所示。其参数为：不连续性消除孔的中心至基片集成波导边缘的距离为4.26mm；不连续性消除孔的直径为1.5mm。
以下是测试结果：
图2是本振频率为4.3GHz、中频频率为1GHz时的射频频谱，可以看出8.6GHz处的2倍本振与7.6GHz处的射频镜像频率几乎全被抑制(低于频谱仪的噪声底)。4.3GHz处的本振功率为-63.83dBm，对应的隔离度大于70dB。
本发明如图1所示，采用了非线性Schottky二极管作为非线性器件。在本振端采用λRF/2长的短路分支，对于射频为短路，但对本振信号没有影响。类似地，在射频端采用λLO/4长的开路分支，使得二极管在此处对本振端短路，但对射频信号没有影响。中频信号通过低通滤波器后加到二极管对上。在中频端口，设计了微带型阶梯阻抗变换低通滤波器，以防止射频信号泄漏到中频。利用二极管的非线性特性产生mfLO±nfIF很多频率分量，这里m，n为整数，fLO和fIF分别为本振和中频频率。将基片集成波导的截止频率设计在fLO-fIF和fLO+fIF之间，即可利用基片集成波导的截止特性将fLO-fIF以下的所有频率分量，包括本振和中频信号滤除，从而得到高质量的上变频后的射频信号fRF＝fLO+fIF，这里fRF为射频信号频率。
基片集成波导的场分布与普通金属矩形波导类似，具有与普通金属波导相似的很多性质。在传统矩形波导中，对于截止频率以下的电磁波具有完全隔离的性质。同样的特性在基片集成波导中也存在。
对于分谐波上变频器，主要的杂波为2倍本振、本振以及射频镜像频率。高隔离度上变频器的工作频率可由基片集成波导的截止频率推算出来。以图中的设计为例，对于1GHz的中频，有效的射频频率为9.3~9.8GHz，对应的本振频率为4.15~4.4GHz，在这个频率范围主要的杂波几乎全被抑制。对于2GHz的中频，有效的射频频率为9.3~10.8GHz，本振频率为3.65~4.4GHz。以此为依据可以设计所需的分谐波上变频器。

Claims (1)

1、一种用于微波毫米波电路的基片集成波导分谐波上变频器，包括介质基片(I)，在介质基片(I)上设有用于输入中频信号的中频信号传输线(9)，在中频信号传输线(9)上连接有中频低通滤波器(5)且与中频低通滤波器(5)的输入端连接，在中频低通滤波器(5)的输出端上连接有四分之一本振波长的开路分支(3)，在中频低通滤波器(5)与四分之一本振波长的开路分支(3)的连接处连接有微带与基片集成波导转换器(6)，在介质基片(I)上还设有用于输入本振信号的本振信号传输线(8)，在本振信号传输线(8)上连接有二分之一射频波长的短路分支(4)，在上述四分之一本振波长开路分支(3)的连接中心点与二分之一射频波长短路分支(4)的连接中心点之间连接有并联的二极管对(1a、1b)，其特征在于在微带与基片集成波导转换器(6)上连接有基片集成波导(2)且该基片集成波导(2)为呈现弯折形状的波导，在基片集成波导(2)另一端上连接有用于输出射频信号的基片集成波导与微带转换器(7)，上述基片集成波导(2)由在双面设有金属贴片的介质基片设置两排金属化通孔构成，在基片集成波导(2)的转弯处均设有不连续性消除孔(10、11)。
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