改進型三平衡混頻器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種混頻器，具體是一種改進型三平衡混頻器，用于射頻、微波、毫米波電路設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002]混頻器在射頻微波毫米波電路與系統(tǒng)中有著大量的應(yīng)用，它是收發(fā)機系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，一般用來實現(xiàn)數(shù)字/模擬基帶電路的中頻頻率信號和可以被無線發(fā)射的射頻微波毫米波等頻段的高頻信號之間的轉(zhuǎn)化的重要功能。然而，隨著無線通信、測量和雷達等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，同一款收發(fā)機所需要的無線工作頻帶越來越寬。與此同時，輸入和輸出信號之間仍需要保持足夠低的變頻損耗，較低的信號失真和較高的隔離度，而且在很寬的工作頻帶內(nèi)變頻損耗隨著頻率的變化也應(yīng)該較為穩(wěn)定。
[0003]以傳統(tǒng)的無源雙平衡混頻器為代表的很多混頻器結(jié)構(gòu)中，只有一組由四個完全相同的二極管首尾相連組成的閉合環(huán)路構(gòu)成，限制了進一步拓展混頻器工作頻帶的寬度。而在另一些相關(guān)的混頻器文獻與專利中，盡管通過采用兩組分別由四個完全相同的二極管首尾相連組成的閉合環(huán)路構(gòu)成的方式拓展了混頻器的工作帶寬，但是存在著變頻損耗在寬帶內(nèi)變化范圍較大，而且部分端口之間的隔離度較差的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]實用新型目的:針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本實用新型的目的是提供一種改進型三平衡混頻器，能夠在寬頻段內(nèi)一直保持較低的變頻損耗，同時提供較高的信號隔離度。
[0005]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型采用的第一種技術(shù)方案為一種改進型三平衡混頻器，包括兩組分別由四個二極管首尾相連組成的閉合環(huán)路和三個信號端口:本振信號端，射頻信號輸入端和中頻信號輸出端；其中本振信號端提供外部電路的本地振蕩源信號，射頻信號輸入端將需要被變頻的信號導(dǎo)入，中頻信號輸出端導(dǎo)出中頻輸出信號；所述本振信號端和射頻信號輸入端分別由本振巴倫和射頻巴倫構(gòu)成，中頻信號輸出端由一個中頻提取結(jié)構(gòu)構(gòu)成；第一組閉合環(huán)路由第一二極管、第二二極管、第三二極管以及第四二極管陰極和陽極首尾相連組成，所述第一二極管的陰極和第三二極管的陰極分別與本振巴倫的平衡差分信號雙端口 Out+和Out-連接，所述第四二極管的陰極和第二二極管的陰極分別與射頻巴倫的平衡差分信號雙端口 Out+和Out-連接；第二組閉合環(huán)路由第五二極管、第六二極管、第七二極管以及第八二極管陰極和陽極首尾相連組成，所述第五二極管、第六二極管、第七二極管以及第八二極管的陰極分別通過第一電感、第四電感、第二電感以及第三電感連接第一二極管、第二二極管、第三二極管以及第四二極管；在第五二極管、第六二極管、第七二極管以及第八二極管的陰極分別引出第一混頻信號、第四混頻信號、第二混頻信號以及第三混頻信號，通過中頻提取結(jié)構(gòu)，最終提取出所需的中頻輸出信號。
[0006]優(yōu)選的，所述第一二極管的陰極和第三二極管的陰極分別通過第一電容和第二電容與本振巴倫的平衡差分信號雙端口 Out+和Out-連接，所述第四二極管的陰極和第二二極管的陰極分別通過第三電容和第四電容與射頻巴倫的平衡差分信號雙端口 Out+和Out-連接。
[0007]優(yōu)選的，所述中頻提取結(jié)構(gòu)包括第五電感、第六電感、第七電感和第八電感，所述第五二極管和第七二極管的陰極分別通過第五電感和第六電感接地，所述第八二極管和第六二極管的陰極分別通過第七電感和第八電感得到所需的中頻輸出信號。更優(yōu)選的，所述第七電感和第八電感輸出中頻輸出信號的一端還通過第五電容接地。
[0008]優(yōu)選的，所述第一二極管、第二二極管、第三二極管以及第四二極管的尺寸完全一致，所述第五二極管、第六二極管、第七二極管以及第八二極管的尺寸完全一致。
[0009]本實用新型采用的第二種技術(shù)方案為一種改進型三平衡混頻器，包括兩組分別由四個二極管首尾相連組成的閉合環(huán)路和三個信號端口:本振信號端，射頻信號輸入端和中頻信號輸出端；其中本振信號端提供外部電路的本地振蕩源信號，射頻信號輸入端將需要被變頻的信號導(dǎo)入，中頻信號輸出端導(dǎo)出中頻輸出信號；所述本振信號端和射頻信號輸入端分別由本振巴倫和射頻巴倫構(gòu)成，中頻信號輸出端由一個中頻提取結(jié)構(gòu)構(gòu)成；第一組閉合環(huán)路由第一二極管、第二二極管、第三二極管以及第四二極管陰極和陽極首尾相連組成，所述第一二極管的陰極和第三二極管的陰極分別與本振巴倫的平衡差分信號雙端口 Out+和Out-連接，所述第四二極管的陰極和第二二極管的陰極分別與射頻巴倫的平衡差分信號雙端口 Out+和Out-連接；第二組閉合環(huán)路由第五二極管、第六二極管、第七二極管以及第八二極管陰極和陽極首尾相連組成，所述第五二極管、第六二極管、第七二極管以及第八二極管的陰極分別通過第一傳輸線、第四傳輸線、第二傳輸線以及第三傳輸線連接第一二極管、第二二極管、第三二極管以及第四二極管；在第五二極管、第六二極管、第七二極管以及第八二極管的陰極分別引出第一混頻信號、第四混頻信號、第二混頻信號以及第三混頻信號，通過中頻提取結(jié)構(gòu)，最終提取出所需的中頻輸出信號。
[0010]優(yōu)選的，所述第一二極管的陰極和第三二極管的陰極分別通過第一電容和第二電容與本振巴倫的平衡差分信號雙端口 Out+和Out-連接，所述第四二極管的陰極和第二二極管的陰極分別通過第三電容和第四電容與射頻巴倫的平衡差分信號雙端口 Out+和Out-連接。
[0011]優(yōu)選的，所述中頻提取結(jié)構(gòu)包括第五傳輸線、第六傳輸線、第七傳輸線和第八傳輸線，所述第五二極管和第七二極管的陰極分別通過相互耦合的第五傳輸線和第六傳輸線接地，所述第八二極管和第六二極管的陰極分別通過相互耦合的第七傳輸線和第八傳輸線得到所需的中頻輸出信號。更優(yōu)選的，所述第七傳輸線和第八傳輸線輸出中頻輸出信號的一端還通過第五電容接地。
[0012]優(yōu)選的，所述第一二極管、第二二極管、第三二極管以及第四二極管的尺寸完全一致，所述第五二極管、第六二極管、第七二極管以及第八二極管的尺寸完全一致。
[0013]有益效果:本實用新型利用了兩組二極管閉合環(huán)路完成混頻并在兩個環(huán)路的連接處提取出中頻輸出信號，實現(xiàn)了在非常寬的頻段內(nèi)一直保持較低的變頻損耗，同時還提供較高的信號隔離度的改進型三平衡混頻器。基于本設(shè)計構(gòu)架，對于給定的工作頻率，可以選擇適合的巴倫方案設(shè)計和布版。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點:
[0014]I)這種改進型三平衡混頻器在射頻微波毫米波電路的設(shè)計中易于集成于現(xiàn)有的半導(dǎo)體平面制造工藝線，電路所占用的面積較小，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，工作穩(wěn)定，進而可以較好地和其它電路集成。
[0015]2)工作頻帶非常寬。這主要歸功于該電路中采用了兩組二極管閉合環(huán)路一起進行混頻。
[0016]3)變頻損耗變化小。這主要是由于該電路的中頻提取結(jié)構(gòu)避開了本振巴倫和射頻輸入巴倫，使得兩個巴倫一直保持較為完整的電路結(jié)構(gòu)，工作特性良好，因而在很寬的工作頻帶內(nèi)，混頻器的變頻損耗能夠一直保持較為穩(wěn)定。
[0017]4)中頻信號的隔離度好。這是由于本實用新型中將中頻信號與本振巴倫和射頻輸入巴倫相隔離開，再加以專門設(shè)計的中頻提取結(jié)構(gòu)完成濾波，從而提高了中頻信號與其他兩個端口信號之間的隔離度。
【附圖說明】
[0018]圖1為改進型三平衡混頻器的電路原理圖；
[0019]圖2為改進型三平衡混頻器的電路原理圖(含中頻提取結(jié)構(gòu))；
[0020]圖3為第一種可用于本振巴倫或者射頻巴倫的代表性巴倫結(jié)構(gòu)；
[0021]圖4為第二種可用于本振巴倫或者射頻巴倫的代表性巴倫結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本實用新型，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0023]本實用新型是一種用于射頻微波毫米波電路的改進型三平衡混頻器，包括兩組分別由四個完全相同的二極管首尾相連組成的閉合環(huán)路和三個信號端口:本振信號端12，射頻信號輸入端15和中頻信號輸出端21。其中本振(LO)信號端12提供外部電路的本地振蕩源信號，射頻(RF)信號輸入端15將需要被變頻的信號導(dǎo)入，中頻(IF)信號輸出端21導(dǎo)出中頻輸出信號。以上的本振信號端12和射頻信號輸入端15分別由兩個依據(jù)工作頻率設(shè)計的巴倫(Balun)構(gòu)成，中頻信號輸出端21由一個中頻提取結(jié)構(gòu)20構(gòu)成。本實用新型中，第一組由四個二極管(第一二極管Dl，第二二極管D2，第三二極管D3，第四二極管D4)陰極和陽極首尾相連組成的閉合環(huán)路中的兩個對角節(jié)點分別和本振巴倫10的平衡差分信號雙端口 Out+13和Out-14連接，而該環(huán)路中的另兩個對角節(jié)點和射頻巴倫11的平衡差分信號雙端口 Out+16和Out-17連接。同樣由四個二極管(第五二極管D5，第六二極管D6，第七二極管D7，第八二極管D8)陰極和陽極首尾相連組成與前面布局一致的第二組閉合環(huán)路，該環(huán)路上的各個節(jié)點分別通過一個電感(第一電感L1、第四電感L4、第二電感L2以及第三電感L3)與第一組閉合環(huán)路中的對應(yīng)節(jié)點相連接。在兩組二極管閉合環(huán)路中會產(chǎn)生混頻信號，并且由于其結(jié)構(gòu)自然形成了對稱的平衡差分混頻信號，從而使中頻信號得以以平衡差分信號的形式輸出。在本實用新型中，通過在兩組二極管閉合環(huán)路對應(yīng)節(jié)點的四個連接處分別引出第一混頻信號IF1、第四混頻信號IF4、第二混頻信號IF2以及第三混頻信號IF3，構(gòu)建一個合適的中頻提取結(jié)構(gòu)20，最終經(jīng)過濾波提取出所需的中頻輸出信號21。
[0024]如圖1所示，一種用于射頻微波毫米波電路的改進型三平衡混頻器，包括本振信號端12:將單端信號變?yōu)槠胶獠罘中盘柕谋菊癜蛡?LO Balun) 10，射頻信號輸入端15:將單端信號變?yōu)槠胶獠罘中盘柕纳漕l巴倫(RF Balun) 11，中頻信號輸出端21:將平衡差分信號取出的中頻提取結(jié)構(gòu)20，分別由第一二極管Dl，第二二極管D2，第三二極管D3，第四二極管D4和第五二極管D5，第六二極管D6，第七二極管D7，第八二極管D8組成的兩組二極管閉合環(huán)路(其中，第一二極管Dl，第二二極管D2，第三二極管D3，第四二極管D4的尺寸完全一致，第五二極管D5，第六二極管D6，第七二極管D7，第八二極管D8的尺寸也完全一致，但是兩組二極管的尺寸可以略有不同)以及兩組二極管閉合環(huán)路對應(yīng)節(jié)點之間所加的電感第一電感LI，第四電感L4，第二電感L2，第三電感L3和濾除中頻信號的第一電容Cl，第二電容C2，第三電容C3，第四電容C4。
[0025]當(dāng)本振信號加于單端口(即本振信號端)L0inl2時，本振巴倫10可以將單端不平衡的本振信號變?yōu)槲挥贠ut+13和Out-14的平衡差分信號，平衡差分信號為相同幅度，但相反相位的信號?；陬愃频脑恚谏漕l信號輸入端RFinl5