專利名稱：基片集成波導(dǎo)分諧波上變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微波毫米波用分諧波上變頻器，尤其涉及一種可用于微波毫米波電路設(shè)計(jì)的基片集成波導(dǎo)分諧波上變頻器。
背景技術(shù)：
微波分諧波上變頻器在微波毫米波射頻系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用，它是發(fā)信機(jī)一個(gè)關(guān)鍵部件，將中頻信號(hào)上變頻至微波毫米波信號(hào)，以便于其在空間傳播；由于其將本振信號(hào)的諧波與中頻信號(hào)相混頻，因此其可工作的頻率很高，適于微波毫米波的低成本設(shè)計(jì)。由于是諧波混頻，傳統(tǒng)的分諧波上變頻器很難濾除泄漏至射頻的本振信號(hào)以及射頻相對(duì)于二次本振的低端鏡像信號(hào)。這樣傳輸至射頻的信號(hào)中包括許多較強(qiáng)功率的雜波，將使得輻射出去的射頻信號(hào)質(zhì)量變差，影響通信的質(zhì)量。因此，需要提出新型的微波分諧波上變頻器，以降低雜波干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠提高射頻信號(hào)質(zhì)量、雜波濾除的效果好的基片集成波導(dǎo)分諧波上變頻器。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用于微波毫米波電路的基片集成波導(dǎo)分諧波上變頻器，包括介質(zhì)基片I，在介質(zhì)基片I上設(shè)有用于輸入中頻信號(hào)的中頻信號(hào)傳輸線，在中頻信號(hào)傳輸線上連接有四分之一本振波長(zhǎng)的開(kāi)路分支，在中頻信號(hào)傳輸線與四分之一本振波長(zhǎng)的開(kāi)路分支的連接處連接有微帶與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器，在中頻信號(hào)傳輸線上還連接有中頻低通濾波器且中頻信號(hào)經(jīng)中頻低通濾波器處理后輸至微帶與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器，在介質(zhì)基片I上還設(shè)有用于輸入本振信號(hào)的本振信號(hào)傳輸線，在本振信號(hào)傳輸線上連接有二分之一射頻波長(zhǎng)的短路分支，在上述中頻信號(hào)傳輸線、四分之一本振波長(zhǎng)開(kāi)路分支的連接中心點(diǎn)與本振信號(hào)傳輸線、二分之一射頻波長(zhǎng)短路分支的連接中心點(diǎn)之間連接有并聯(lián)的二極管對(duì)，在微帶與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器上連接有基片集成波導(dǎo)且該基片集成波導(dǎo)為呈現(xiàn)彎折形狀的波導(dǎo)，在基片集成波導(dǎo)另一端上連接有用于輸出射頻信號(hào)的基片集成波導(dǎo)與微帶轉(zhuǎn)換器，上述基片集成波導(dǎo)由在雙面設(shè)有金屬貼片的介質(zhì)基片設(shè)置兩排金屬化通孔構(gòu)成，在基片集成波導(dǎo)的轉(zhuǎn)彎處均設(shè)有不連續(xù)性消除孔。
本發(fā)明利用了基片集成波導(dǎo)中一定頻率以下信號(hào)傳輸截止的固有特性，用以提高射頻(RF)與本振(LO)之間的隔離度，降低本振及其諧波的影響。首先在介質(zhì)基片的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了基片集成波導(dǎo)。這種波導(dǎo)具有和矩形金屬波導(dǎo)相類似的傳輸特性和場(chǎng)分布；根據(jù)工作頻段，設(shè)計(jì)基片集成波導(dǎo)的尺寸。然后設(shè)計(jì)分諧波混頻管對(duì)及其相應(yīng)的外圍匹配電路。在本發(fā)明中，在上變頻信號(hào)輸出端，使用了一定尺寸的基片集成波導(dǎo)用于濾除本振和雜波；在基片集成波導(dǎo)的設(shè)計(jì)中注意了折疊式波導(dǎo)拐角的設(shè)計(jì)，同時(shí)設(shè)計(jì)其與微帶電路之間的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，使得整個(gè)電路匹配良好；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1)這種基片集成波導(dǎo)在微波毫米波電路的設(shè)計(jì)中易于集成。這是由于這種基片集成波導(dǎo)完全在介質(zhì)基片上實(shí)現(xiàn)，利用介質(zhì)基片的介電常數(shù)可以很方便地調(diào)節(jié)這種基片集成波導(dǎo)尺寸的大小，從而較好的實(shí)現(xiàn)和其它微波毫米波電路的集成；2)損耗小。這是它和普通立體金屬波導(dǎo)相類似的特性，具有較高的Q值，較低的損耗。所以與微帶電路相比，它的Q值比較高，損耗比較低。
3)雜波濾除的效果好。這是由于基片集成波導(dǎo)對(duì)于截止頻率以下的所有信號(hào)具有幾乎完全截止的特性所致，隔離度非常高。本發(fā)明減小發(fā)射射頻信號(hào)中的雜波成分，提高本振抑制度，從而提高射頻信號(hào)質(zhì)量。其次，使用這種基片集成波導(dǎo)分諧波上變頻器損耗低，變頻性能高。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視圖。
圖2是本振4.3GHz、中頻1GHz的測(cè)試射頻頻譜圖。
具體實(shí)施例方式
一種用于微波毫米波電路的基片集成波導(dǎo)分諧波上變頻器，包括介質(zhì)基片I，在介質(zhì)基片I上設(shè)有用于輸入中頻信號(hào)的中頻信號(hào)傳輸線9，在中頻信號(hào)傳輸線9上連接有四分之一本振波長(zhǎng)的開(kāi)路分支3，在中頻信號(hào)傳輸線9與四分之一本振波長(zhǎng)的開(kāi)路分支3的連接處連接有微帶與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器6，在中頻信號(hào)傳輸線9上還連接有中頻低通濾波器5且中頻信號(hào)經(jīng)中頻低通濾波器5處理后輸至微帶與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器6，在介質(zhì)基片I上還設(shè)有用于輸入本振信號(hào)的本振信號(hào)傳輸線8，在本振信號(hào)傳輸線8上連接有二分之一射頻波長(zhǎng)的短路分支4，在上述中頻信號(hào)傳輸線9、四分之一本振波長(zhǎng)開(kāi)路分支3的連接中心點(diǎn)與本振信號(hào)傳輸線8、二分之一射頻波長(zhǎng)短路分支4的連接中心點(diǎn)之間連接有并聯(lián)的二極管對(duì)1a、1b，在微帶與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器6上連接有基片集成波導(dǎo)2且該基片集成波導(dǎo)2為呈現(xiàn)彎折形狀的波導(dǎo)，在基片集成波導(dǎo)2另一端上連接有用于輸出射頻信號(hào)的基片集成波導(dǎo)與微帶轉(zhuǎn)換器7，上述基片集成波導(dǎo)2由在雙面設(shè)有金屬貼片的介質(zhì)基片設(shè)置兩排金屬化通孔構(gòu)成，在基片集成波導(dǎo)2的轉(zhuǎn)彎處均設(shè)有不連續(xù)性消除孔10、11。
本發(fā)明在X波段所實(shí)現(xiàn)了以上介紹的基片集成波導(dǎo)分諧波上變頻器，采用厚度為0.5mm的介質(zhì)基片，相對(duì)電介電常數(shù)為2.2?；刹▽?dǎo)總長(zhǎng)度為5個(gè)波長(zhǎng)左右，約10cm左右，考慮到布版，采取折疊形式，在拐角處加入不連續(xù)性消除孔調(diào)節(jié)駐波，如圖1所示。其參數(shù)為不連續(xù)性消除孔的中心至基片集成波導(dǎo)邊緣的距離為4.26mm；不連續(xù)性消除孔的直徑為1.5mm。
以下是測(cè)試結(jié)果圖2是本振頻率為4.3GHz、中頻頻率為1GHz時(shí)的射頻頻譜，可以看出8.6GHz處的2倍本振與7.6GHz處的射頻鏡像頻率幾乎全被抑制(低于頻譜儀的噪聲底)。4.3GHz處的本振功率為-63.83dBm，對(duì)應(yīng)的隔離度大于70dB。
本發(fā)明如圖1所示，采用了非線性Schottky二極管作為非線性器件。在本振端采用λRF/2長(zhǎng)的短路分支，對(duì)于射頻為短路，但對(duì)本振信號(hào)沒(méi)有影響。類似地，在射頻端采用λLO/4長(zhǎng)的開(kāi)路分支，使得二極管在此處對(duì)本振端短路，但對(duì)射頻信號(hào)沒(méi)有影響。中頻信號(hào)通過(guò)低通濾波器后加到二極管對(duì)上。在中頻端口，設(shè)計(jì)了微帶型階梯阻抗變換低通濾波器，以防止射頻信號(hào)泄漏到中頻。利用二極管的非線性特性產(chǎn)生mfLO±nfIF很多頻率分量，這里m，n為整數(shù)，fLO和fIF分別為本振和中頻頻率。將基片集成波導(dǎo)的截止頻率設(shè)計(jì)在fLO-fIF和fLO+fIF之間，即可利用基片集成波導(dǎo)的截止特性將fLO-fIF以下的所有頻率分量，包括本振和中頻信號(hào)濾除，從而得到高質(zhì)量的上變頻后的射頻信號(hào)fRF＝fLO+fIF，這里fRF為射頻信號(hào)頻率。
基片集成波導(dǎo)的場(chǎng)分布與普通金屬矩形波導(dǎo)類似，具有與普通金屬波導(dǎo)相似的很多性質(zhì)。在傳統(tǒng)矩形波導(dǎo)中，對(duì)于截止頻率以下的電磁波具有完全隔離的性質(zhì)。同樣的特性在基片集成波導(dǎo)中也存在。
對(duì)于分諧波上變頻器，主要的雜波為2倍本振、本振以及射頻鏡像頻率。高隔離度上變頻器的工作頻率可由基片集成波導(dǎo)的截止頻率推算出來(lái)。以圖中的設(shè)計(jì)為例，對(duì)于1GHz的中頻，有效的射頻頻率為9.3~9.8GHz，對(duì)應(yīng)的本振頻率為4.15~4.4GHz，在這個(gè)頻率范圍主要的雜波幾乎全被抑制。對(duì)于2GHz的中頻，有效的射頻頻率為9.3~10.8GHz，本振頻率為3.65~4.4GHz。以此為依據(jù)可以設(shè)計(jì)所需的分諧波上變頻器。
權(quán)利要求
1.一種用于微波毫米波電路的基片集成波導(dǎo)分諧波上變頻器，包括介質(zhì)基片(I)，在介質(zhì)基片(I)上設(shè)有用于輸入中頻信號(hào)的中頻信號(hào)傳輸線(9)，在中頻信號(hào)傳輸線(9)上連接有中頻低通濾波器(5)且與中頻低通濾波器(5)的輸入端連接，在中頻低通濾波器(5)的輸出端上連接有四分之一本振波長(zhǎng)的開(kāi)路分支(3)，在中頻低通濾波器(5)與四分之一本振波長(zhǎng)的開(kāi)路分支(3)的連接處連接有微帶與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器(6)，在介質(zhì)基片(I)上還設(shè)有用于輸入本振信號(hào)的本振信號(hào)傳輸線(8)，在本振信號(hào)傳輸線(8)上連接有二分之一射頻波長(zhǎng)的短路分支(4)，在上述四分之一本振波長(zhǎng)開(kāi)路分支(3)的連接中心點(diǎn)與二分之一射頻波長(zhǎng)短路分支(4)的連接中心點(diǎn)之間連接有并聯(lián)的二極管對(duì)(1a、1b)，其特征在于在微帶與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器(6)上連接有基片集成波導(dǎo)(2)且該基片集成波導(dǎo)(2)為呈現(xiàn)彎折形狀的波導(dǎo)，在基片集成波導(dǎo)(2)另一端上連接有用于輸出射頻信號(hào)的基片集成波導(dǎo)與微帶轉(zhuǎn)換器(7)，上述基片集成波導(dǎo)(2)由在雙面設(shè)有金屬貼片的介質(zhì)基片設(shè)置兩排金屬化通孔構(gòu)成，在基片集成波導(dǎo)(2)的轉(zhuǎn)彎處均設(shè)有不連續(xù)性消除孔(10、11)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于微波毫米波電路的基片集成波導(dǎo)分諧波上變頻器，包括介質(zhì)基片，在介質(zhì)基片上設(shè)有中頻信號(hào)傳輸線，其上連接有開(kāi)路分支，連接處接有微帶與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器，在介質(zhì)基片I上還設(shè)有本振信號(hào)傳輸線，本振信號(hào)傳輸線上連接有短路分支，在中頻信號(hào)傳輸線、四分之一本振波長(zhǎng)開(kāi)路分支的連接中心點(diǎn)與本振信號(hào)傳輸線、二分之一射頻波長(zhǎng)短路分支的連接中心點(diǎn)之間連接有并聯(lián)的二極管對(duì)，微帶與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器上連接有基片集成波導(dǎo)，在基片集成波導(dǎo)另一端上連接有基片集成波導(dǎo)與微帶轉(zhuǎn)換器，基片集成波導(dǎo)由雙面設(shè)金屬貼片的介質(zhì)基片設(shè)置兩排金屬化通孔構(gòu)成，在基片集成波導(dǎo)的轉(zhuǎn)彎處均設(shè)有不連續(xù)性消除孔。
文檔編號(hào)H01P1/213GK1825683SQ20061003849
公開(kāi)日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2006年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月27日
發(fā)明者陳繼新, 洪偉, 嚴(yán)頻頻, 郝張成, 湯紅軍, 劉冰 申請(qǐng)人:東南大學(xué)