一種超寬帶混頻器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種超寬帶混頻器，包括本振通道的寬邊耦合巴倫和寬邊耦合帶線到平面?zhèn)鬏斁€的過渡段，射頻通道的共面波導(dǎo)，中頻輸出通道以及混頻二極管對；本振和射頻信號分別經(jīng)本振和射頻通道輸入混頻二極管進(jìn)行混頻，產(chǎn)生的中頻信號經(jīng)中頻通道輸出；寬邊耦合巴倫，用于實(shí)現(xiàn)超寬帶本振信號的不平衡到平衡的轉(zhuǎn)換，再將平衡的本振信號經(jīng)過渡段轉(zhuǎn)換至平面?zhèn)鬏斁€輸入混頻二極管后產(chǎn)生的中頻信號使用金線電感跨過共面波導(dǎo)經(jīng)微帶線輸出。采用上述方案，工作頻率可覆蓋0.01GHz-110GHz的超寬頻率范圍；在0.01GHz-70GHz頻率范圍內(nèi)以基波混頻方式工作，可實(shí)現(xiàn)低于12dB的變頻損耗和噪聲系數(shù)指標(biāo)；在70GHz-110GHz頻率范圍內(nèi)以三次諧波混頻方式工作，可實(shí)現(xiàn)低于30dB的變頻損耗和噪聲系數(shù)指標(biāo)。
【專利說明】一種超寬帶混頻器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于混頻器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及的是一種超寬帶混頻器。
【背景技術(shù)】
[0002]混頻器作為微波毫米波雷達(dá)、制導(dǎo)、通信及測試儀器等系統(tǒng)的重要組成部分，一直是微波毫米波領(lǐng)域研究的重要課題。隨著各接收系統(tǒng)對工作帶寬、測試靈敏度以及探測距離等指標(biāo)的要求不斷提高，對混頻器的帶寬、變頻損耗和噪聲系數(shù)也提出了更高的要求。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的基于有源器件的MMIC混頻器，該類混頻器雖然可以實(shí)現(xiàn)射頻頻率至毫米波頻段(約50GHz)的頻率覆蓋，并有變頻增益，但噪聲系數(shù)大是其固有缺陷。而基于肖特基勢壘二極管的混合集成工藝實(shí)現(xiàn)的混頻器，如圖1所示，本振信號通過本振巴倫101輸入混頻二極管堆102，射頻信號經(jīng)射頻巴倫103輸入混頻二極管堆102，混頻產(chǎn)生的中頻信號經(jīng)中頻通道104輸出。-
[0004]目前基于肖特基勢壘二極管的混合集成工藝實(shí)現(xiàn)的寬帶混頻器一般采用本振和射頻巴倫與四個(gè)二極管堆實(shí)現(xiàn)雙平衡混頻，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是頻率范圍只與本振和射頻巴倫的帶寬有關(guān)，但缺點(diǎn)是無法實(shí)現(xiàn)更大的工作帶寬，且隨著頻率升高至毫米波頻段，變頻損耗和噪聲系數(shù)指標(biāo)迅速惡化。
[0005]因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超寬帶混頻器。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]一種超寬帶混頻器，其中，包括本振通道的寬邊耦合巴倫和寬邊耦合帶線到平面?zhèn)鬏斁€的過渡段，射頻通道的共面波導(dǎo)，中頻輸出通道以及混頻二極管對；本振信號和射頻信號分別經(jīng)本振通道和射頻通道輸入混頻二極管對進(jìn)行混頻，產(chǎn)生的中頻信號經(jīng)中頻通道輸出；所述寬邊耦合巴倫，用于實(shí)現(xiàn)超寬帶本振信號的不平衡到平衡的轉(zhuǎn)換，再將平衡的本振信號經(jīng)過渡段轉(zhuǎn)換至平面?zhèn)鬏斁€輸入混頻二極管后產(chǎn)生的中頻信號使用金線電感跨過所述共面波導(dǎo)經(jīng)微帶線輸出；所述共面波導(dǎo)，用于作為射頻通道傳輸線以在超寬頻率范圍內(nèi)降低射頻信號的損耗。
[0009]所述的超寬帶混頻器，其中，所述實(shí)現(xiàn)超寬帶本振信號的不平衡到平衡的轉(zhuǎn)換的步驟為:射頻信號通過共面波導(dǎo)輸入至兩個(gè)串聯(lián)二極管構(gòu)成的管對的中間引腳上，本振信號由微帶線輸入，經(jīng)過寬邊耦合巴倫實(shí)現(xiàn)不平衡信號到平衡信號的轉(zhuǎn)換。
[0010]所述的超寬帶混頻器，其中，所述過渡段為:將一段具有預(yù)定長度的寬邊耦合帶線正反面分別安裝于共面微帶線的兩根帶線上。
[0011]所述的超寬帶混頻器，其中，所述平面?zhèn)鬏斁€為:將所述共面微帶線之間的間隙以預(yù)定規(guī)律變寬作為平面?zhèn)鬏數(shù)奈Ь€。
[0012]所述的超寬帶混頻器，其中，所述預(yù)定長度為本振信號頻率四分之一波長。[0013]所述的超寬帶混頻器，其中，所述預(yù)定規(guī)律變寬為指數(shù)和正弦曲線的組合方式變寬。
[0014]所述的超寬帶混頻器，其中，所述本振通道設(shè)置二個(gè)隔直電容；所述射頻通道設(shè)置三個(gè)隔直電容；所述隔直電容，用于防止低頻的中頻信號向本振和射頻端口泄漏而損失中頻功率。
[0015]所述的超寬帶混頻器，其中，所述寬邊耦合巴倫及所述共面波導(dǎo)所采用的傳輸介質(zhì)基片均為低損耗的毫米波專用介質(zhì)基片。
[0016]所述的超寬帶混頻器，其中，所述共面波導(dǎo)特征阻抗設(shè)置為50歐姆，用于實(shí)現(xiàn)射頻端口的良好匹配以及射頻信號的低損耗傳輸。
[0017]采用上述方案:
[0018]1、工作頻帶寬:可實(shí)現(xiàn)從射頻頻率到毫米波頻率(I IOGHz左右)的超寬帶頻率覆
至Jhl o
[0019]2、噪聲系數(shù)低:由于采用共面波導(dǎo)與寬邊耦合巴倫作為混頻器射頻與本振信號傳輸通道，可獲得較低的射頻通道損耗與高度的本振平衡性，因此，采用該結(jié)構(gòu)的混頻器具有較低的變頻損耗與噪聲系數(shù)性能。
[0020]3、混頻產(chǎn)物少:由于采用串聯(lián)的二極管對作為混頻元件，混頻產(chǎn)物中只包含本振信號的奇次諧波混頻產(chǎn)物。
[0021]4、動(dòng)態(tài)范圍大:由于采用雙管實(shí)現(xiàn)混頻，混頻器可承受的本振功率比單管混頻器增大3dB，相應(yīng)的混頻器動(dòng)態(tài)范圍增大3dB。
[0022]5、可多種模式工作:由于采用串聯(lián)的兩個(gè)二極管作為混頻元件，混頻器可工作于基波以及三次、五次、七次等奇次混頻模式。
[0023]6、結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝:各器件安裝方式為平面式，本振寬邊耦合巴倫裝配方式為準(zhǔn)平面式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中基于肖特基勢壘二極管的混合集成工藝雙平衡混頻器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為本發(fā)明中寬邊耦合巴倫及共面帶線結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖3為本發(fā)明中共面波導(dǎo)及中頻輸出金線結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028]實(shí)施例1
[0029]本發(fā)明是一種新型的基于共面波導(dǎo)和寬邊耦合巴倫的超寬帶混頻器結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)使用串聯(lián)的肖特基二極管對作為混頻元件，射頻信號經(jīng)共面波導(dǎo)輸入至肖特基二極管對，而本振信號經(jīng)寬邊耦合巴倫將超寬帶本振信號轉(zhuǎn)換為平衡的兩路信號加于肖特基二極管，再與射頻信號實(shí)現(xiàn)混頻，混頻產(chǎn)生的中頻信號從射頻端通過金線電感輸出。由于共面波導(dǎo)可在超寬頻率內(nèi)實(shí)現(xiàn)低損耗傳輸，且寬邊耦合巴倫易于實(shí)現(xiàn)高性能的超寬帶不平衡-平衡轉(zhuǎn)換，因此，該方法不但有效解決了混頻器的寬帶頻率覆蓋問題，而且大大降低了混頻器的噪聲系數(shù)。根據(jù)該技術(shù)所研制的超寬帶混頻器工作頻率范圍可覆蓋射頻至毫米波多個(gè)頻段，并可在超寬頻率范圍內(nèi)獲得較低的變頻損耗與噪聲系數(shù)。
[0030]本發(fā)明超寬帶混頻器的結(jié)構(gòu)形式為:采用寬邊耦合巴倫與共面波導(dǎo)構(gòu)成的混頻器基本結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)采用共面波導(dǎo)作為射頻通道傳輸線以在超寬頻率范圍內(nèi)降低射頻信號的損耗，采用寬邊耦合巴倫實(shí)現(xiàn)超寬帶本振信號的不平衡到平衡的轉(zhuǎn)換，再將平衡的本振信號經(jīng)過渡段轉(zhuǎn)換至平面?zhèn)鬏斁€輸入混頻二極管。該結(jié)構(gòu)可適用于從射頻頻率到毫米波頻率。
[0031 ] 本發(fā)明寬邊耦合巴倫到平面?zhèn)鬏斁€的過渡的實(shí)現(xiàn)方式:即將一段具有一定長度的寬邊耦合帶線正反面分別安裝于共面微帶線的兩根帶線上，再將共面帶線之間的間隙以一定規(guī)律變寬變?yōu)槠矫鎮(zhèn)鬏數(shù)奈Ь€。該結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單易于實(shí)現(xiàn)，損耗小及頻帶寬的特點(diǎn)。
[0032]本發(fā)明所采用的基于共面波導(dǎo)和寬邊耦合巴倫的混頻結(jié)構(gòu)如圖2-圖3所示。在該結(jié)構(gòu)中，射頻信號通過共面波導(dǎo)6輸入至兩只串聯(lián)二極管構(gòu)成的管對7的中間引腳上。本振信號由微帶線輸入，經(jīng)過寬邊耦合巴倫I實(shí)現(xiàn)不平衡信號到平衡信號的轉(zhuǎn)換，平衡的本振信號再經(jīng)寬邊耦合巴倫至平面的共面帶線的過渡轉(zhuǎn)換4，然后經(jīng)位于同一平面的共面帶線5輸入二極管對7的另外兩個(gè)引腳，與射頻信號進(jìn)行混頻?；祛l產(chǎn)生的中頻信號使用金線電感9跨過射頻共面波導(dǎo)6經(jīng)微帶線[8]輸出。本振通道隔直電容2、3和射頻通道隔直電容10、11、12的作用為防止低頻的中頻信號向本振和射頻端口泄漏而損失中頻功率。
[0033]由于共面波導(dǎo)在高頻工作時(shí)仍具有低損耗傳輸?shù)奶匦?，本發(fā)明使用共面波導(dǎo)作為射頻通道傳輸線，大大降低了傳輸至混頻二極管的射頻功率的損失，從而將因射頻功率損耗導(dǎo)致的對混頻器變頻損耗和噪聲系數(shù)的影響降至最低。通過選擇低損耗的毫米波專用介質(zhì)基片作為傳輸介質(zhì)，合理設(shè)置共面波導(dǎo)中心帶線寬度以及中心帶線與接地線之間的縫隙寬度，射頻傳輸通道共面波導(dǎo)可在0.0lGHz-1IOGHz頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)小于IdB的傳輸損耗。
[0034]合理選擇本振通道寬邊耦合巴倫漸變函數(shù)后，通過合理設(shè)置漸變段的長度、寬邊耦合帶線與平面帶線過渡段長度以及兩條平面帶線的寬度以及間隙寬度，即可實(shí)現(xiàn)超寬帶本振信號由微帶傳輸?shù)牟黄胶庑盘栟D(zhuǎn)換為幅度相等、相位相反的兩路平衡信號；通過選擇低損耗、低色散的專用基片實(shí)現(xiàn)超寬帶寬邊耦合巴倫，再通過合理設(shè)置寬邊耦合帶線到平面?zhèn)鬏斁€過渡段長度和平面帶線寬度與間隙寬度，在0.01GHz-70GHz范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)兩路平衡信號輸出幅度不平衡度低于0.5dB、相位不平衡度低于8°。
[0035]實(shí)施例2
[0036]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步如圖2-圖3所示，提供一種超寬帶混頻器，其中，包括本振通道的寬邊耦合巴倫和寬邊耦合帶線到平面?zhèn)鬏斁€的過渡段，射頻通道的共面波導(dǎo)，中頻輸出通道以及混頻二極管對；本振信號和射頻信號分別經(jīng)本振通道和射頻通道輸入混頻二極管對進(jìn)行混頻，產(chǎn)生的中頻信號經(jīng)中頻通道輸出；所述寬邊耦合巴倫，用于實(shí)現(xiàn)超寬帶本振信號的不平衡到平衡的轉(zhuǎn)換，再將平衡的本振信號經(jīng)過渡段轉(zhuǎn)換至平面?zhèn)鬏斁€輸入混頻二極管后產(chǎn)生的中頻信號使用金線電感跨過所述共面波導(dǎo)經(jīng)微帶線輸出；所述共面波導(dǎo)，用于作為射頻通道傳輸線以在超寬頻率范圍內(nèi)降低射頻信號的損耗。
[0037]上述中，所述實(shí)現(xiàn)超寬帶本振信號的不平衡到平衡的轉(zhuǎn)換的步驟為:射頻信號通過共面波導(dǎo)輸入至兩個(gè)串聯(lián)二極管構(gòu)成的管對的中間引腳上，本振信號由微帶線輸入，經(jīng)過寬邊耦合巴倫實(shí)現(xiàn)不平衡信號到平衡信號的轉(zhuǎn)換。
[0038]上述中，所述過渡段為:將一段具有預(yù)定長度的寬邊耦合帶線正反面分別安裝于共面微帶線的兩根帶線上。所述預(yù)定長度為本振信號頻率四分之一波長。
[0039]上述中，所述平面?zhèn)鬏斁€為:將所述共面微帶線之間的間隙以預(yù)定規(guī)律變寬作為平面?zhèn)鬏數(shù)奈Ь€。所述預(yù)定規(guī)律變寬為指數(shù)和正弦曲線的組合方式變寬。
[0040]上述中，所述本振通道設(shè)置二個(gè)隔直電容；所述射頻通道設(shè)置三個(gè)隔直電容；所述隔直電容，用于防止低頻的中頻信號向本振和射頻端口泄漏而損失中頻功率。
[0041]上述中，所述寬邊耦合巴倫及所述共面波導(dǎo)所采用的傳輸介質(zhì)基片均為低損耗的毫米波專用介質(zhì)基片。
[0042]上述中，所述共面波導(dǎo)特征阻抗設(shè)置為50歐姆，用于實(shí)現(xiàn)射頻端口的良好匹配以及射頻信號的低損耗傳輸。
[0043]采用本發(fā)明所提出的基于寬邊耦合巴倫與共面波導(dǎo)構(gòu)成的混頻器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的超寬帶混頻器工作頻率可覆蓋0.0lGHz-1IOGHz的超寬頻率范圍。在0.01GHz-70GHz頻率范圍內(nèi)以基波混頻方式工作，可實(shí)現(xiàn)低于12dB的變頻損耗和噪聲系數(shù)指標(biāo)；在70GHz-110GHz頻率范圍內(nèi)以三次諧波混頻方式工作，可實(shí)現(xiàn)低于30dB的變頻損耗和噪聲系數(shù)指標(biāo)。
[0044]應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種超寬帶混頻器，其特征在于，包括本振通道的寬邊耦合巴倫和寬邊耦合帶線到平面?zhèn)鬏斁€的過渡段，射頻通道的共面波導(dǎo)，中頻輸出通道以及混頻二極管對；本振信號和射頻信號分別經(jīng)本振通道和射頻通道輸入混頻二極管對進(jìn)行混頻，產(chǎn)生的中頻信號經(jīng)中頻通道輸出；所述寬邊耦合巴倫，用于實(shí)現(xiàn)超寬帶本振信號的不平衡到平衡的轉(zhuǎn)換，再將平衡的本振信號經(jīng)過渡段轉(zhuǎn)換至平面?zhèn)鬏斁€輸入混頻二極管后產(chǎn)生的中頻信號使用金線電感跨過所述共面波導(dǎo)經(jīng)微帶線輸出；所述共面波導(dǎo)，用于作為射頻通道傳輸線以在超寬頻率范圍內(nèi)降低射頻信號的損耗。
2.如權(quán)利要求1所述的超寬帶混頻器，其特征在于，所述實(shí)現(xiàn)超寬帶本振信號的不平衡到平衡的轉(zhuǎn)換的步驟為:射頻信號通過共面波導(dǎo)輸入至兩個(gè)串聯(lián)二極管構(gòu)成的管對的中間引腳上，本振信號由微帶線輸入，經(jīng)過寬邊耦合巴倫實(shí)現(xiàn)不平衡信號到平衡信號的轉(zhuǎn)換。
3.如權(quán)利要求1所述的超寬帶混頻器，其特征在于，所述過渡段為:將一段具有預(yù)定長度的寬邊耦合帶線正反面分別安裝于共面微帶線的兩根帶線上。
4.如權(quán)利要求3所述的超寬帶混頻器，其特征在于，所述平面?zhèn)鬏斁€為:將所述共面微帶線之間的間隙以預(yù)定規(guī)律變寬作為平面?zhèn)鬏數(shù)奈Ь€。
5.如權(quán)利要求3所述的超寬帶混頻器，其特征在于，所述預(yù)定長度為本振信號頻率四分之一波長。
6.如權(quán)利要求3所述的超寬帶混頻器，其特征在于，所述預(yù)定規(guī)律變寬為指數(shù)和正弦曲線的組合方式變寬。
7.如權(quán)利要求1所述的超寬帶混頻器，其特征在于，所述本振通道設(shè)置二個(gè)隔直電容；所述射頻通道設(shè)置三個(gè)隔直電容；所述隔直電容，用于防止低頻的中頻信號向本振和射頻端口泄漏而損失中頻功率。
8.如權(quán)利要求1所述的超寬帶混頻器，其特征在于，所述寬邊耦合巴倫及所述共面波導(dǎo)所采用的傳輸介質(zhì)基片均為低損耗的毫米波專用介質(zhì)基片。
9.如權(quán)利要求1所述的超寬帶混頻器，其特征在于，所述共面波導(dǎo)特征阻抗設(shè)置為50歐姆，用于實(shí)現(xiàn)射頻端口的良好匹配以及射頻信號的低損耗傳輸。
【文檔編號】H03D7/16GK103633943SQ201310664258
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】代秀, 朱偉峰, 姜萬順, 韋柳泰 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所