一种超宽带的无源下变频混频器制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种超宽带的无源下变频混频器，属于混频器技术领域。本发明专利技术通过在无源混频器的射频输入级和本振输入级创新性地采用鲁塞夫巴伦，同时相应地设计了开关混频核心级的电路架构，从而极大地扩宽了无源混频器的工作带宽，其带宽为4.5～18GH z，分数带宽可达120％；采用了本振分布式放大器，拓宽了本振输入信号的带宽，降低了本振输入信号的输入电平；中频分布式放大器引入补偿了无源混频器所带来的损耗，减轻了后续链路的设计压力，实现了频段上0.3～1.8dB的增益。实现了频段上0.3～1.8dB的增益。实现了频段上0.3～1.8dB的增益。

An ultra wideband passive down conversion mixer

【技术实现步骤摘要】
一种超宽带的无源下变频混频器


[0001]本专利技术属于混频器
，具体涉及一种超宽带的无源下变频混频器。

技术介绍

[0002]混频器是射频系统中实现频率变换的重要模块。混频器一般划分为上变频混频器和下变频混频器；上变频混频器是将来自基带的低频信号转换为高频信号，而下变频混频器是在通信系统的接收通道中用来将高频段的携带信息的信号频谱搬移到低频段之中，以方便后端电路的信息解调和处理。
[0003]通讯终端设备往往集成了多种网络制式，以满足不同的通讯功能需求和更广泛的通讯设备进行连接。而不同的网络制式通常使用不同的电磁波频段。传统收发机系统中混频器只针对单一频段进行设计，当需要多频段通讯时需要集成多个混频器来使用，因而大幅提高了设备体积和成本。若使用一款宽带的混频器则可以大大简化通讯设备的设计和成本。现有技术中也提出了频带可重构的混频器(Shin S H,Kim J H,Jang Y K,et al.A reconfigurable mixer with flexible matching network[C]//2005Asia
‑
Pacific Microwave Conference Proceedi ngs.IEEE,2005,5:4pp.)，其低频模式带宽为2～4.5GHz，高频模式带宽为4.5～6GHz；总体覆盖频段为2～6GHz，分数带宽为100％。但此种方案的混频器带宽仍旧不够。
[0004]混频器根据晶体管的偏置状态可以分为有源混频器和无源混频器，在射频前端系统中，有源混频器由于其晶体管工作在饱和区，可以提供一定的转换增益，但其线性度及噪声一般偏差；无源混频器由于无需外部直流电源，使得混频器输出端的噪声系数很低，线性度也十分优异，同时在具体的无源混频器一般采用双平衡结构，从而对大多数应用而言实现了隔离度、线性度和噪声系数的最佳组合。但无源混频器带宽特性往往受到巴伦制约，有源巴伦可以实现较好的宽带特性，但通常会抑制无缘混频器的线性度，因而得不偿失；片上无源巴伦虽然会增加损耗，但提供良好的线性度，可其较难实现宽带特性。为了实现宽带的无源混频器，且维护其优异的线性度，需要设计一款宽带的片上无源巴伦。同时，无源混频器通常需要较高的本振注入功率来正常工作，一般来说，其本振驱动功率大约在13～20dBm之间，从而对本振信号源的设计提出了相当大的挑战；而且由于无源混频器其晶体管并不是工作在饱和区，无增益效应，从而在输出端有转换损耗。
[0005]因此，如何实现超宽带片上无源巴伦的设计，使得无源混频器能具有超宽带效果就成为研究热点。

技术实现思路

[0006]针对
技术介绍
所存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种超宽带的无源下变频混频器。该混频器采用鲁塞夫巴伦结构实现宽带片上无源巴伦，以拓宽射频频带和本振频带，同时避免对无源混频器线性度的抑制；此外混频器还包括本振放大支路和中频放大支路，以支持低功率(0dBm)的本振信号注入和补偿无源混频器的工作损耗。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种超宽带的无源下变频混频器，包括射频输入级、开关混频核心级、本振输入级和中频输出级；
[0009]所述射频输入级用于将单端射频输入信号转化为差分射频信号，并将差分射频信号传输至开关混频核心级；所述本振输入级用于将单端本振信号放大，然后转化为差分本振信号，并将差分射频信号传输至开关混频核心级；所述开关混频核心级用于将差分射频信号和差分本振信号混合转化成差分中频信号，并将差分中频信号传输至中频输出级；所述中频输出级用于将差分中频信号进行放大后输出。
[0010]进一步地，所述射频输入级包括射频输入匹配网络和第一鲁塞夫巴伦；射频输入匹配网络用于阻抗匹配，包括传输线TL1、电容C1、电感L4、传输线TL2、电容C2、传输线TL3；其中，传输线TL1、电容C1、传输线TL2和传输线TL3为依次串联，而电感L4和电容C2为依次并联到地；
[0011]第一鲁塞夫巴伦包括三个电感；第一电感的外部输入端与射频输入匹配网络的输出端相连，用于馈入射频单端信号，第一电感的非外部输入端与第二电感的外部输出端、开关混频核心级的输入端相连，为直通端，用于输出与射频信号同相的信号；第二电感的非外部输入端与第三电感的非外部输入端相连，同时接地；第三电感的外部输出端与开关混频核心级的输入端相连，为耦合端，用于输出与射频信号反相的信号；第一电感与第三电感负耦合，第二电感外部输出端信号是具有180
°
相移的单端信号电压的一半，直通端和耦合端共同形成差分输出。
[0012]进一步地，第一电感感值与第二电感感值相同，第二电感外部输出端信号是射频信号电压除以第一电感感值与第二电感感值之和再乘以第二电感感值，则第二电感外部输出端与第一电感外部输入端口信号同相且是其单端信号电压的一半；同时，由于第一电感和第三电感之间的负耦合，且感值相同(匝数比为1:1)，因此第三电感外部输出端信号与第一电感外部输入端口信号相位相反，且电压为其一半。
[0013]进一步地，三个电感由三条平面传输线螺旋绕制而成，采用GaAs工艺中的两层金属实现。
[0014]进一步地，所述开关混频核心级具体包括两个射频输入隔直电容、无源双平衡结构、两个接地电阻和两个本振输入隔直电容；
[0015]所述无源双平衡结构包括四个开关晶体管。其中，第一开关晶体管的栅极与第四开关晶体管的栅极、第一本振输入隔直电容的一端相连，第一开关晶体管的源极与第二开关晶体管的源极、第一射频输入隔直电容的一端相连，第一开关晶体管的漏极与第三开关晶体管的漏极、第一接地电阻的一端和中频输出级的第一输入端，相连；第二开关晶体管的栅极与与第三开关晶体管的栅极、第二本振输入隔直电容的一端相连，第二开关晶体管的漏极与第四开关晶体管的漏极、第二接地电阻的一端和中频输出级的第二输入端相连；第三开关晶体管的源极与第四开关晶体管的源极、第二射频输入隔直电容的一端相连；第一射频输入隔直电容的另一端与射频输入级中的第三电感的外部输出端相连，第二射频输入隔直电容的另一端与射频输入级中的第一电感的外部输出端相连；第一本振输入隔直电容的另一端和第二本振输入隔直电容的另一端均与本振输入级相连；第一接地电阻的另一端和第二接地电阻的另一端均接地。
[0016]进一步地，第一接地电阻和第二接地电阻均为大电阻，阻值应大于5kΩ。
[0017]进一步地，无源双平衡结构中的四个开关晶体管的尺寸应为小尺寸，具体应小于2*100μm，能够减小其寄生电容，从而减少由于开关晶体管的寄生电容带来的高频损耗。
[0018]进一步地，所述本振输入级包括本振分布式放大器和第二鲁塞夫巴伦；第二鲁塞夫巴伦和第一鲁塞夫巴伦的电路结构相同；
[0019]所述本振分布式放大器为共源共栅分布式放大器，包括四个共源共栅放大器、五条漏极传输线、五条栅极传输线、一个输入隔直电容、一个输出隔直电容、一个栅极匹配电阻、一个漏极匹配电阻、四个个RC偏置网本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽带的无源下变频混频器，其特征在于，包括射频输入级、开关混频核心级、本振输入级和中频输出级；所述射频输入级用于将单端射频输入信号转化为差分射频信号，并将差分射频信号传输至开关混频核心级；所述本振输入级用于将单端本振信号放大，然后转化为差分本振信号，并将差分射频信号传输至开关混频核心级；所述开关混频核心级用于将差分射频信号和差分本振信号混合转化成差分中频信号，并将差分中频信号传输至中频输出级；所述中频输出级用于将差分中频信号进行放大后输出。2.如权利要求1所述的无源下变频混频器，其特征在于，所述射频输入级包括射频输入匹配网络和第一鲁塞夫巴伦；射频输入匹配网络用于阻抗匹配，包括传输线TL1、电容C1、电感L4、传输线TL2、电容C2、传输线TL3；其中，传输线TL1、电容C1、传输线TL2和传输线TL3为依次串联，而电感L1和电容C2依次并联到地；第一鲁塞夫巴伦包括三个电感；第一电感的外部输入端与射频输入匹配网络的输出端相连，用于馈入射频单端信号，第一电感的非外部输入端与第二电感的外部输出端、开关混频核心级的输入端相连，为直通端，用于输出与射频信号同相的信号；第二电感的非外部输入端与第三电感的非外部输入端相连，同时接地；第三电感的外部输出端与开关混频核心级的输入端相连，为耦合端，用于输出与射频信号反相的信号；第一电感与第三电感负耦合，直通端和耦合端共同形成差分输出。3.如权利要求2所述的无源下变频混频器，其特征在于，三个电感感值均相同。4.如权利要求2所述的无源下变频混频器，其特征在于，三个电感由三条平面传输线螺旋绕制而成。5.如权利要求1所述的无源下变频混频器，其特征在于，所述开关混频核心级具体包括两个射频输入隔直电容、无源双平衡结构、两个接地电阻和两个本振输入隔直电容；所述无源双平衡结构包括四个开关晶体管；其中，第一开关晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，曾慧坤，陈满健，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：