一种Ka波段宽带上变频器制造技术

本发明专利技术公开了一种Ka波段宽带上变频器，应用于电子电路设计领域；包括由有源单端转差分电路和可调负载电路构成的第一部分电路和由吉尔伯特单元、本振输入匹配网络和射频输出匹配网络构成的第二部分电路；有源单端转差分电路用于将宽带上变频器的单端信号转换为差分信号；可调负载电路用于调节有源单端转差分电路带来的电路不对称性；本振输入匹配网络用于将输入的单端信号转换为差分信号，实现宽带匹配；吉尔伯特单元用于将中频电压差分信号转换为中频电流信号，进而与本振信号混频；射频输出匹配网络用于实现宽带输出匹配，并进行差分转单端输出。本发明专利技术通过有源单端转差分电路、本振输入匹配网络和射频输出匹配网络，实现三端口单端输入输出。

【技术实现步骤摘要】
一种Ka波段宽带上变频器
本专利技术涉及电子电路设计领域，尤其涉及一种Ka波段宽带上变频器。
技术介绍
随着通信技术的快速发展，各种场景下的通信网络要求越来越高，在城镇等人口密集的地区通过蜂窝网络通信，在荒漠、戈壁、大山等人迹罕至的地方进行通讯则需要借助卫星通信。卫星通信技术作为蜂窝网络的互补技术，其特点是利用卫星作为中转站对信号进行转发，一颗卫星的覆盖面积比地面基站覆盖面积广，一颗卫星理论上可以覆盖40%的地球面积，工作频率可达几十GHz，传输速率快。Ka波段常常用于卫星通信，频率高，其工作带宽很宽，其工作带宽大约是C波段工作带宽的4倍，是Ku波段工作带宽的3倍。因此，Ka波段可以用于更广泛的场景。在毫米波卫星通信系统中，信号的产生、编码、解码、调制、解调等操作都是在低频段完成的。而要进行长距离通信，则需要将信号通过上混频器搬移到高频段进行传输。混频器是整个通信系统中重要的组成部分，它是完成信号频谱搬移的关键模块，混频器的性能：线性度、转换增益、隔离度的好坏直接影响着整个系统的性能。转换增益高的混频器可以降低后级电路的增益要求，线性度好的混频器可以增加电路的动态范围，射频-本振隔离度高的混频器平衡度好，本振信号泄露到射频输出端口少，有利于后续电路滤波器的设计。上混频器通常应用与发射机中，出于降低成本和集成等方面的考虑,射频发射器多采用低中频或者零中频直接混频的系统结构,上混频器完成频谱从基带到射频的变换。混频器通常分为有源混频器和无源混频器，有源混频器又分为单平衡混频器和双平衡混频器，有源混频器的转换增益优于无源混频器，无源混频器的线性度优于有源混频器，单平衡混频器的噪声性能优于双平衡混频器，而双平衡混频器的本振-射频隔离度优于单平衡混频器。发射机常常要求上变频器的转换损耗小或者有一定的转换增益，并且对隔离度也有一定的要求。在CMOS设计工艺中，现有的上变频器通常采用双平衡混频器，并且中频、射频、本振端口通常为差分端口，以及低中频端口常常为窄带端口，这就为周围的电路设计增加了复杂度，也限制了低中频的带宽范围。
技术实现思路
进行差分转单端输出，输出端为射频端口，输出信号为宽带上变频器的射频输出信号。优选地，所述有源单端转差分电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第一电容，第一电容的一端接中频输入信号，另一端与第一晶体管的漏极、第二晶体管的栅极、第三晶体管的源极相接；第一晶体管和第三晶体管的栅极分别与第一偏置电压和第二偏置电压连接，第一晶体管的源极与第二晶体管的源极连接电源，第二晶体管和第三晶体管的漏极输出中频电压差分信号。优选地，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管为PMOS管，第二晶体管和第三晶体管的尺寸相同。优选地，所述可调负载电路包括第四晶体管、第一电阻、第五晶体管和第二电阻，第一电阻的一端连接第三晶体管的漏极，另一端连接第四晶体管的漏极第二电阻的一端连接第二晶体管的漏极，另一端连接第五晶体管的漏极，第四晶体管和第五晶体管的源极接地，第四晶体管的栅极连接第一控制电压，第五晶体管的栅极连接第二控制电压。优选地，所述第四晶体管、第五晶体管为NMOS管，第四晶体管和第五晶体管的尺寸相同。优选地，所述吉尔伯特单元包括第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管和第十一晶体管，第十晶体管和第十一晶体管的栅极分别与第二晶体管和第三晶体管的漏极连接，即吉尔伯特单元输入中频电压差分信号；第十晶体管和第十一晶体管的源极接地，第六晶体管、第七晶体管的源极与第十晶体管的漏极相连，所述的第八晶体管、第九晶体管的源极与第十一晶体管的漏极相连；所述的第七晶体管与第八晶体管的栅极相连，作为输入的差分本振信号的一端，所述的第六晶体管与第九晶体管的栅极相连，作为输入的差分本振信号的另一端；所述第六晶体管与第八晶体管的漏极相连，作为吉尔伯特单元输出的混频电压差分信号的一端，所述的第七晶体管与第九晶体管的漏极相连，作为吉尔伯特单元输出的混频电压差分信号的另一端。优选地，所述的第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管的尺寸相同，所述的第十晶体管、第十一晶体管的尺寸相同。优选地，所述本振输入匹配网络包括第二变压器、第四电容、第五电容、第三电阻和第四电阻，第二变压器初级线圈的一端口作为本振输入匹配网络输出的差分本振信号的一端，与第七晶体管与第八晶体管的栅极连接，第二变压器初级线圈的另一端口作为本振输入匹配网络输出的差分本振信号的另一端，与第六晶体管与第九晶体管的栅极连接；第四电容跨接在第二变压器初级线圈的两端，第五电容跨接在第二变压器次级线圈的两端；第二变压器次级线圈一端接地，另一端输入本振输入匹配网络的单端本振信号；第三电阻和第四电阻串联后跨接在第二变压器初级线圈的两端，第三电阻和第四电阻连接处输入本振偏置。优选地，所述第二变压器主要由片上电感构成，初级线圈主要由两圈的差分电感构成，次级线圈主要由一圈的差分电感构成，第四电容、第五电容主要由七层金属的插指电容构成，第三电阻、第四电阻为p掺杂的多晶硅电阻。优选地，所述射频输出匹配网络包括第一变压器、第二电容和第三电容，第一变压器初级线圈的一端口作为射频输出匹配网络输入的混频电压差分信号的一端，与第六晶体管与第八晶体管的漏极连接，第一变压器初级线圈的另一端口作为射频输出匹配网络输入的混频电压差分信号的另一端，与第七晶体管与第九晶体管的漏极连接；第三电容跨接在第一变压器初级线圈的两端，第二电容跨接在第一变压器次级线圈的两端，第一变压器次级线圈的一端接地，另一端输出射频输出匹配网络的的射频输出信号。优选地，所述的第一变压器的初级线圈设有中心抽头，所述中心抽头接电源。有益效果：本专利技术通过在宽带上变频器中加入有源单端转差分电路、本振输入匹配网络和射频输出匹配网络，将差分信号转为单端输入，单端输出，实现输入端口、输出端口和本振端口的三端口单端输入输出的Ka波段宽带上变频器；与上变频器中频端口、本振端口、射频端口相接的电路分别是数模转换器、压控振荡器、滤波器，其输入输出端口常常为单端口，因此，三端口为单端电路的上变频器具有通用意义。附图说明图1是Ka波段宽带上变频器结构示意图；图2是在不同本振频率下，转换增益随中频频率变化的仿真图；图3是在不同中振频率下，转换增益随本振频率变化的仿真图；图4是中频端口的反射系数仿真图；图5是射频与本振端口的反射系数仿真图；图6是射频与本振端口反射系数的Smith圆图；图7是本振-射频隔离度随控制信号变化仿真图；其中100为第一部分电路，101为第一晶体管，102为第二晶体管，103为第三晶体管，104为第四晶体管，105为第五晶体管，106为第一电容，107为第一电阻，108为第二电阻，Vbias1为第一偏置电压，Vbias2为第二偏置电压，VIF,IN为中频输入信号，Vcontrol1为第一控制电压，Vcontrol2为第二控制电压，200为第二部分电路，201为第六晶体管，202本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ka波段宽带上变频器，其特征在于：包括连接的第一部分电路（100）和第二部分电路（200），所述宽带上变频器包括单端的中频端口、本振端口和射频端口，中频端口为第一部分电路（100）的输入端口，输入信号为中频输入信号（V

【技术特征摘要】
1.一种Ka波段宽带上变频器，其特征在于：包括连接的第一部分电路（100）和第二部分电路（200），所述宽带上变频器包括单端的中频端口、本振端口和射频端口，中频端口为第一部分电路（100）的输入端口，输入信号为中频输入信号（VIF,IN），本振端口和射频端口分别为第二部分电路（200）的输入端口和输出端口，输入信号为单端本振信号（VLO），输出信号为射频输出信号（VRF,OUT）；
所述第一部分电路（100）包括有源单端转差分电路和可调负载电路，有源单端转差分电路的输入端为中频端口，输入中频输入信号（VIF,IN），用于将宽带上变频器的单端信号转换为差分信号，输出中频电压差分信号；可调负载电路输入中频电压差分信号，用于调节有源单端转差分电路带来的电路不对称性；
所述第二部分电路（200）包括吉尔伯特单元、本振输入匹配网络和射频输出匹配网络；所述本振输入匹配网络输入端为本振端口，输入单端本振信号（VLO），用于将输入的单端信号转换为差分信号的同时，实现宽带匹配，输出差分本振信号；所述吉尔伯特单元的输入为中频电压差分信号和差分本振信号，用于将中频电压差分信号转换为中频电流信号，进而与差分本振信号混频，输出混频电压差分信号；所述射频输出匹配网络的输入混频电压差分信号，用于实现宽带输出匹配，并进行差分转单端输出，输出端为射频端口，输出信号为宽带上变频器的射频输出信号（VRF,OUT）。


2.根据权利要求1所述的一种Ka波段宽带上变频器，其特征在于：所述有源单端转差分电路包括第一晶体管（101）、第二晶体管（102）、第三晶体管（103）和第一电容（106），第一电容（106）的一端接中频输入信号（VIF,IN），另一端与第一晶体管（101）的漏极、第二晶体管（102）的栅极、第三晶体管（103）的源极相接；第一晶体管（101）和第三晶体管（103）的栅极分别与第一偏置电压（Vbias1）和第二偏置电压（Vbias2）连接，第一晶体管（101）的源极与第二晶体管（102）的源极连接电源，第二晶体管（102）和第三晶体管（103）的漏极输出中频电压差分信号。


3.根据权利要求2所述的一种Ka波段宽带上变频器，其特征在于：所述第一晶体管（101）、第二晶体管（102）、第三晶体管（103）为PMOS管，第二晶体管（102）和第三晶体管（103）的尺寸相同。


4.根据权利要求2所述的一种Ka波段宽带上变频器，其特征在于：所述可调负载电路包括第四晶体管（104）、第一电阻（107）、第五晶体管（105）和第二电阻（108），第一电阻（107）的一端连接第三晶体管（103）的漏极，另一端连接第四晶体管（104）的漏极；第二电阻（108）的一端连接第二晶体管（102）的漏极，另一端连接第五晶体管（105）的漏极，第四晶体管（104）和第五晶体管（105）的源极接地，第四晶体管（104）的栅极连接第一控制电压（Vcontrol1），第五晶体管（105）的栅极连接第二控制电压（Vcontro2）。


5.根据权利要求1所述的一种Ka波段宽带上变频器，其特征在于：所述吉尔伯特单元包括第六晶体管（201）、第七晶体管（202）、第八晶体管（203）、第九晶体管（204）、第十晶体管（205）和第十一晶体管（206），第十晶体管（205）和第十一晶体管（206）的栅极分别与第二晶体管（102）和第三晶体管（103）的漏极连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴远，郑恩淇，
申请(专利权)人：南京汇君半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32