專利名稱：雙平衡式三倍頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及ー種雙平衡式三倍頻器。
背景技術(shù)：
倍頻器是用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率倍増，把輸入的基波頻率倍頻到需要的諧波頻率上，使其輸出需要的諧波功率的器件。倍頻器的引入可以有效降低本地振蕩器(LO)頻率，這對(duì)毫米波系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，緩解了極高頻本地振蕩器的設(shè)計(jì)需要，極高頻本地振蕩器對(duì)エ藝要求極為苛刻，容易出現(xiàn)頻率不穩(wěn)、線性度低、芯片一致性低、并且難以直接鎖相，所以倍頻器能夠提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和降低成本。目前毫米波段三倍頻器主要采用肖特基ニ極管或者異質(zhì)節(jié)勢(shì)壘變?nèi)莨茏鳛榉蔷€
性器件，同時(shí)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)以及基片集成波導(dǎo)(SIW)結(jié)構(gòu)在高頻段的毫米波三倍頻器中被大量采用，目的是利用波導(dǎo)腔體的傳輸特性實(shí)現(xiàn)三次諧波內(nèi)的基波和二次諧波良好抑制能力。但是這種非平面エ藝結(jié)構(gòu)將極大影響毫米波系統(tǒng)的小型化、高集成度化和低成本化。目前基于平面エ藝上的三倍頻器仍然沒能夠很好解決除三次諧波外各次諧波(包括基波)的抑制問題，這直接影響整個(gè)系統(tǒng)的頻譜純潔性和三次倍頻效率，需要額外的復(fù)雜匹配枝節(jié)電路或者濾波網(wǎng)絡(luò)來(lái)補(bǔ)償，這增加了電路設(shè)計(jì)難度和成本。近年來(lái)，單平衡式三倍頻器因其対稱的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)易的設(shè)計(jì)方法和簡(jiǎn)潔的版圖面積獲得了大量研究，其主要的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有兩種，如圖Ia及Ib所示。單平衡式三倍頻器由ー對(duì)180° /180°或者90° /90°電橋以及一對(duì)單終端倍頻電路(XN)實(shí)現(xiàn)。一般來(lái)說(shuō)，輸入電橋(輸出相位差a° )和輸出電橋(輸出相位差b° )的相位因數(shù)決定了 N次諧波的輸出。當(dāng)滿足NXafbXN 360° XiN次諧波信號(hào)將在輸出端線性疊加。其中N是倍頻數(shù)，i是整數(shù)。根據(jù)這樣的理論分析，180° /180°電橋的輸出信號(hào)中，偶次諧波分量將相互抵消，而奇次諧波分量(包括基波和三次諧波)將在輸出端線性疊加；90° /90°電橋的輸出信號(hào)中，基波分量將相互抵消，而二次諧波分量將在輸出端矢量疊加，需要的三次諧波分量將線性疊加。由此可見，但是無(wú)論兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的哪ー種都不能同時(shí)既實(shí)現(xiàn)基波的輸出抑制也實(shí)現(xiàn)偶次諧波的輸出抑制，仍然需要外置的匹配枝節(jié)電路或?yàn)V波器，這將影響非線性単元的匹配特性，降低三次諧波的倍頻效率以及輸出三次諧波的功率。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供ー種具有良好的各次諧波抑制能力的雙平衡式三倍頻器。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供ー種雙平衡式三倍頻器，其至少包括90°第一輸入電橋,其工作在基波頻段；
分別連接所述90°第一輸入電橋的ー個(gè)輸出端的兩個(gè)90°第二輸入電橋,均エ作在基波頻段；分別連接ー個(gè)90°第二輸入電橋的ー個(gè)輸出端的4個(gè)倍頻電路；分別與兩個(gè)倍頻電路輸出端連接的兩個(gè)-90°輸出電橋，均工作在三次諧波頻段；以及連接兩個(gè)-90°輸出電橋輸出端的合路器。優(yōu)選地,所述90°第一輸入電橋與所述90°第二輸入電橋結(jié)構(gòu)相同。優(yōu)選地,所述90°第一輸入電橋米用90°的3dB輸入電橋；更為優(yōu)選地,所述90。第一輸入電橋包括3dB Lange Coupler。優(yōu)選地，倍頻電路采用工作在C類功放區(qū)域的MOSFET單管電路。 優(yōu)選地，所述-90°輸出電橋采用-90°的3dB輸出電橋；更為優(yōu)選地，所述-90。輸出電橋包括3dB Lange Coupler。優(yōu)選地，所述合路器包括威爾金森功分器。如上所述，本發(fā)明的雙平衡式三倍頻器的優(yōu)點(diǎn)包括所有元器件均可由平面電路エ藝實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単，易于集成；此外，在不需要外置濾波器下，能實(shí)現(xiàn)較好的諧波抑制特性。


圖Ia及Ib顯示為現(xiàn)有技術(shù)的單平衡式三倍頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。圖2顯示為本發(fā)明的雙平衡式三倍頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。圖3顯示為本發(fā)明的雙平衡式三倍頻器的90°的3dB輸入電橋結(jié)構(gòu)示意圖。圖4顯示為本發(fā)明的雙平衡式三倍頻器的倍頻電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖5顯示為本發(fā)明的雙平衡式三倍頻器的-90°的3dB輸出電橋結(jié)構(gòu)示意圖。圖6顯示為本發(fā)明的雙平衡式三倍頻器的合路器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下由特定的具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說(shuō)明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。請(qǐng)參閱圖2至圖6。須知，本說(shuō)明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說(shuō)明書所掲示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所掲示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說(shuō)明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語(yǔ)，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無(wú)實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。如圖2所示，本發(fā)明提供ー種雙平衡式三倍頻器。該雙平衡式三倍頻器至少包括三個(gè)3dB輸入90°電橋，工作在基波頻段，分別為橋I、橋2和橋3 ;四個(gè)對(duì)稱的倍頻電路；兩個(gè)3dB輸出-90°電橋，工作在三次諧波頻段，分別為橋4和橋5;以及最后輸出端的合路器，工作在三次諧波頻段。
該雙平衡式三倍頻器的輸入端即為橋I的輸入端；橋I的0°輸出端接橋2的輸入端；橋I的90°輸出端接橋3的輸入端；橋2的0°輸出端和90°輸出端分別和倍頻電路I、倍頻電路2的輸入端相連；橋3的0°輸出端和90°輸出端分別和倍頻電路3、倍頻電路4的輸入端相連；倍頻電路I、倍頻電路2的輸出端分別和橋4的-90°輸入端和0°輸入端相連；倍頻電路3、倍頻電路4的輸出端分別和橋5的-90°輸入端和0°輸入端相連；橋4和橋5的輸出端分別和合路器的兩個(gè)輸入端相連，合路器的輸出端即為三倍頻器的輸出端。采用本發(fā)明的雙平衡式三倍頻器可以實(shí)現(xiàn)較高的基波和偶次諧波的輸出抑制，同時(shí)抑制比隨エ藝偏差的變化較小，整個(gè)三倍頻器具有小型化、易集成化和低成本化。本發(fā)明的工作過程為射頻信號(hào)通過橋I的輸入端進(jìn)入雙平衡式三倍頻器；在橋I的輸出端分為等幅的0°相位和90°相位的兩路信號(hào)；0°相位的信號(hào)進(jìn)入橋2的輸入端，90°相位的信號(hào)進(jìn)入橋3的輸入端；在橋2的輸出端，0°相位的信號(hào)分為等幅的0°相位和90°相位的兩路信號(hào)；在橋3的輸出端，90°相位的信號(hào)分為等幅的90°相位和180°相位的兩路信號(hào)；橋2輸出端的0°相位信號(hào)進(jìn)入倍頻電路I ;橋2輸出端的 90°相位信號(hào)進(jìn)入倍頻電路2 ;橋3輸出端的90°相位信號(hào)進(jìn)入倍頻電路3 ;橋3輸出端的180°相位信號(hào)進(jìn)入倍頻電路4;經(jīng)過倍頻電路的非線性變化，倍頻電路I的輸出端輸出相對(duì)相位分別為0° /0° /0°的基波/二次諧波/三次諧波信號(hào)，倍頻電路2的輸出端輸出相對(duì)相位分別為90° /180° /270°的基波/二次諧波/三次諧波信號(hào)，倍頻電路3的輸出端輸出相對(duì)相位分別為90° /180° /270°的基波/二次諧波/三次諧波信號(hào)，倍頻電路4的輸出端輸出相對(duì)相位分別為180° /0° /180°的基波/二次諧波/三次諧波信號(hào)；倍頻電路I輸出的基波/二次諧波/三次諧波信號(hào)在橋4的輸出端相對(duì)相位分別為270° /270° /270°，倍頻電路2輸出的基波/二次諧波/三次諧波信號(hào)在橋4的輸出端相對(duì)相位分別為90° /180° /270°，這樣，在橋4的輸出端基波信號(hào)相互抵消，二次諧波矢量疊加，相對(duì)相位為225°，三次諧波線性疊加，相對(duì)相位為270° ;倍頻電路3輸出的基波/二次諧波/三次諧波信號(hào)在橋5的輸出端相對(duì)相位分別為90° /180° /270°，倍頻電路4輸出的基波/二次諧波/三次諧波信號(hào)在橋5的輸出端相對(duì)相位分別為180° /0° /180°，這樣，在橋4的輸出端基波信號(hào)相互抵消，二次諧波矢量疊加，相對(duì)相位為45°，三次諧波線性疊加，相對(duì)相位為180° ;等幅反向的二次諧波信號(hào)在合路器I的輸出端線性相消，等幅正交的三次諧波信號(hào)在合路器I的輸出端矢量相加，這樣在射頻輸出端得到了需要的三次諧波分量，同時(shí)基波和二次諧波分量在射頻輸出端都對(duì)稱相消，抑制比得到了提高；由于橋4和橋5的工作頻段在三次諧波，在橋4和橋5的輸入端，基波和ニ次諧波的大部分分量都隨著反射重新回到倍頻電路中去，提高了三次諧波輸出的效率。下面將說(shuō)明雙平衡式三倍頻器包含的器件的實(shí)現(xiàn)I)基波工作頻段的90°的3dB輸入電橋由于Lange Coupler具有較小的面積和相對(duì)較寬的工作帶寬，選用LangeCoupler作為基波工作頻段的90°的3dB輸入電橋，如圖3所示，其中11為輸入端，12為0° I禹合端，13為90° I禹合端，14為隔尚端。2)倍頻電路本例中倍頻電路采用工作在C類功放區(qū)域的MOSFET單管電路，其能產(chǎn)生各次高階諧波分量，如圖4所示，其中匹配電路I和匹配電路2分別為輸入端和輸出端的配備，以獲得更大的諧波輸出功率和輸出效率。3)三次諧波工作頻段的-90°的3dB輸出電橋由于Lange Coupler具有較小的面積和相對(duì)較寬的工作帶寬，選用LangeCoupler作為基波工作頻段的-90°的3dB輸出電橋，如圖5所示，其中21為輸出端，22為0°稱合輸入ゑ而，23為-90°稱合輸入ゑ而，24為隔尚立而。4)三次諧波工作頻段合路器 采用威爾金森功分器作為本例中的合路器，具體如圖6所示，其中Inl、In2分別為輸入端，Out為合路器輸出端。綜上所述，本發(fā)明提出的雙平衡式三倍頻器，其與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于I.本發(fā)明中，利用橋4和橋5在基波頻段具有較大的回波反射系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了基波反射回倍頻電路的重復(fù)利用，提高了三次諧波輸出的效率；利用雙平衡式的特點(diǎn)，基波分量在橋4和橋5的輸出端ロ分別線性相消，實(shí)現(xiàn)了基波分量在輸出端的抑制，同時(shí)由于采用了雙平衡結(jié)構(gòu)減小了エ藝加工偏差對(duì)基波分量的抑制的影響。2.本發(fā)明中，利用橋4和橋5在基波頻段具有較大的回波反射系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了二次諧波反射回倍頻電路的重復(fù)利用，提高了三次諧波輸出的效率；利用雙平衡式的特點(diǎn)，二次諧波分量在橋4和橋5的輸出端ロ反向等幅，最后在合路器的輸出端ロ線性相消；在不采用片外濾波器或額外的匹配電路下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了基波和二次諧波的抑制。3.本發(fā)明中，所有元器件均可由平面電路エ藝實(shí)現(xiàn)，不需要額外的波導(dǎo)或者SIW結(jié)構(gòu)來(lái)抑制基波或者二次諧波等低頻分量，實(shí)現(xiàn)了電路的小型化、易集成化和低成本化。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所掲示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.ー種雙平衡式三倍頻器，其特征在于，所述雙平衡式三倍頻器至少包括 90°第一輸入電橋，其工作在基波頻段； 分別連接所述90°第一輸入電橋的ー個(gè)輸出端的兩個(gè)90°第二輸入電橋,均工作在基波頻段； 分別連接ー個(gè)90°第二輸入電橋的ー個(gè)輸出端的4個(gè)倍頻電路； 分別與兩個(gè)倍頻電路輸出端連接的兩個(gè)-90°輸出電橋，均工作在三次諧波頻段；以及 連接兩個(gè)-90°輸出電橋輸出端的合路器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙平衡式三倍頻器，其特征在干所述90°第一輸入電橋與所述90°第二輸入電橋結(jié)構(gòu)相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的雙平衡式三倍頻器，其特征在干所述90°第一輸入電橋米用90°的3dB輸入電橋。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙平衡式三倍頻器，其特征在干所述90°第一輸入電橋包括 3dB Lange Coupler。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙平衡式三倍頻器，其特征在干倍頻電路采用工作在C類功放區(qū)域的MOSFET單管電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙平衡式三倍頻器，其特征在干所述-90°輸出電橋采用-90°的3dB輸出電橋。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙平衡式三倍頻器，其特征在干所述-90°輸出電橋包括^dB Lange coupler。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙平衡式三倍頻器，其特征在于所述合路器包括威爾金森功分器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種雙平衡式三倍頻器。該雙平衡式三倍頻器至少包括工作在基波頻段的90°第一輸入電橋；均工作在基波頻段且分別連接所述90°第一輸入電橋的一個(gè)輸出端的兩個(gè)90°第二輸入電橋；分別連接一個(gè)90°第二輸入電橋的一個(gè)輸出端的4個(gè)倍頻電路；均工作在三次諧波頻段且分別與兩個(gè)倍頻電路輸出端連接的兩個(gè)-90°輸出電橋；以及連接兩個(gè)-90°輸出電橋輸出端的合路器。本發(fā)明的雙平衡式三倍頻器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于集成和工藝能力要求低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H03B19/00GK102868367SQ201210398919
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者李凌云, 葉禹, 孫曉瑋 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所