一种无源三平衡变频器制造技术

一种无源三平衡变频器，设有一个由四个二极管之间阴极与阳极依次首尾相连的闭合环路以及本振、输入及输出三个信号转化巴伦，本振巴伦和输入巴伦均设有一个输入端、两个相同幅度但相位相反的平衡差分信号输出端以及一个同相信号输出端。输出巴伦设有两个相同幅度但相位相反的平衡差分信号输入端及一个输出端；四个二极管闭合环路中，其中的两个对角线点分别连接本振巴伦的两个平衡差分信号输出端，另外两个对角线点分别连接输入巴伦的两个平衡差分信号输出端，本振巴伦的同相信号输出端及输入巴伦的同相信号输出端分别连接输出巴伦平衡差分信号的两个输入端。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及射频微波毫米波系统的无源变频器，尤其涉及一种无源三平衡变频器，可以实现任意设定频段之间的频率转化。
技术介绍
无源变频器在射频微波毫米波系统中得到了大量的应用，它是收发信机系统的关键部件，一般用来实现数字/模拟基频电路的中频频率信号和可以被无线发射的射频微波毫米波等频段的高频信号之间的转化的重要功能。然而，随着无线通讯的飞速发展，同一款收发信机的需要的无线工作频宽日益增大，而且中频的工作频率也在提高，因此变频器进行频率转化的中频频率和无线传播频率之间的频率距离开始变小，很多系统应用的输入工作频段和输出工作频段会有重叠部分。在这类应用中，变频器的频率变换需要从原来的频差较大的高低频段之间的变换改进为可以在任意频段之间进行变频。同时，输入和输出信号之间仍需要保持足够低的变频损耗，较低的信号失真和较高的隔离度。现有的三平衡变频器(图I)利用2个由8个二极管组成的双环路和三个巴伦(Balun) 结构，其中两个巴伦各自具有两对(共四对)双平衡差分端口，通过四段相互耦合的传输线和复杂的电路布线和交叉连接驱动两个二极管环路。这种变频器设计方案由于依靠两个二极管环路实现三平衡对称的变频功能，它有以下三个难以克服的问题1)两个二极管的相互连接需要较长的传输线路，产生较大的损耗和寄生效应，降低了二极管环路可以有效变频的工作频率范围；2)由于此设计需要用输入和本振巴伦共四对双平衡差分信号驱动两个二级环路，并且需要从一侧导出输出信号到输出巴伦。这样很难保持对称的平衡信号传输和工作条件，同时多处电路的交叉产生寄生耦合，使得三平衡工作的特性只在较低频率成立，破坏了由对称平衡工作原理产生的较高的隔离度。3)由于需要驱动两个共8个二极管组成的双环路，本振源所需的工作功率也很大，变频损耗很高。由于以上各个原因，这种方案只能实现有限度的输入输出频段重叠的无源变频。当所需要的输出频率范围的起始频率很高，并且其范围与输入频率范围有较大重叠时，该方案不能完成低损耗变频要求，而且,本振源所需的工作功率也很大。
技术实现思路
本专利技术提供一种无源三平衡变频器，可以实现任意频段(尤其是输入和输出有较大重叠的情况下)的低损耗变频，同时只需要较低的本振工作功率。本专利技术采用如下技术方案一种无源三平衡变频器，其特征在于设有一个由四个二极管之间阴极与阳极依次首尾相连的闭合环路以及本振、输入及输出三个信号转化巴伦，本振巴伦设有四个端口 与本振信号连接的一个输入端、两个相同幅度但相位相反的平衡差分信号输出端以及一个同相信号输出端，该同相信号输出端处于两个相互对称的平衡差分信号输出端的中间位置，从而使得此端口相对于两个平衡差分信号输出端上的差分信号位于虚拟零电位，而相对于两个平衡差分信号输出端上的同相信号位于同相输出点；输入巴伦设有四个端口 与被变频信号连接的一个输入端、两个相同幅度但相位相反的平衡差分信号输出端以及一个同相信号输出端，该同相信号输出端处于两个相互对称的平衡差分信号输出端的中间位置，从而使得此端口相对于两个平衡差分信号输出端上的差分信号位于虚拟零电位，而相对于两个平衡差分信号输出端上的同相信号位于同相输出点；输出巴伦设有三个端口 分别与两个相同幅度但相位相反的平衡差分变频信号连接的输入端以及一个变频信号输出端；四个二极管闭合环路中，其中的两个对角线点分别连接本振巴伦的两个平衡差分信号输出端，另外两个对角线点分别连接输入巴伦的两个平衡差分信号输出端，本振巴伦的同相信号输出端及输入巴伦的同相信号输出端分别连接输出巴伦平衡差分变频信号的两个输入端。所述本振巴伦及输入巴伦的结构中，初级线圈的一端为输入端，该输入端通过电容接地，初级线圈的另一端通过电容接地，与初级线圈电磁耦合的次级线圈中心抽头接地， 次级线圈的两端分别连接电容后分别作为平衡差分信号的两个输出端，平衡差分信号的两个输出端之间连接线圈，该线圈的中心抽头为同相信号输出端。所述本振巴伦及输入巴伦的结构中，初级线圈的一端为输入端，该输入端通过电容接地，初级线圈的另一端通过电容接地，与初级线圈电磁耦合的次级线圈中心抽头接地， 次级线圈的两端分别连接电感后分别作为平衡差分信号的两个输出端，平衡差分信号的两个输出端之间连接串接的两个电容，两个电容的串接点为同相信号输出端。所述本振巴伦及输入巴伦的结构中，初级线圈的一端为输入端，另一端通过电容接地，与初级线圈电磁耦合的次级线圈中心抽头接地，次级线圈的两端分别连接平衡差分信号的两个输出端，设置于次级线圈外侧、与次级线圈电磁耦合的第二次级线圈，第二次级线圈两端接地，其中心抽头为同相信号输出端。 所述本振巴伦及输入巴伦的结构中，初级金属微带线的一端为输入端，另一端通过电容接地，与初级金属微带线电磁耦合的次级金属微带线分为两段，两段金属微带线之间的距离近端分别连接平衡差分信号的两个输出端，两段金属微带线的另外两端分别接地，设置于次级金属微带线外侧，与次级两段金属微带线分别电磁耦合的第二次级两段金属微带线，其两段金属微带线之间的距离近端分别接地，另外两端连接在一起作为同相信号输出端。所述输出巴伦的结构中，平衡差分变频信号的一个输入端与变频信号输出端之间连接初级线圈，该线圈的中心抽头通过电感接地，变频信号输出端通过电容接地，平衡差分变频信号的另一个输入端连接与初级线圈电磁耦合的次级线圈的一端，次级线圈的另一端通过电感接地,次级线圈的中心抽头通过电容接地。所述输出巴伦的结构中，两个平衡差分变频信号的输入端之间连接次级线圈，次级线圈中心抽头接地，与次级线圈电磁耦合的初级线圈一端为变频信号输出端，该输出端通过电容接地，初级线圈另一端通过电容接地。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点及显着效果I)本专利技术在射频微波毫米波电路的设计中易于集成于现有的半导体平面制造工艺线， 巴伦设计占用电路面积也非常小，结构简单，易于实现，从而可以较好的和其它电路集成。2)变频损耗小。这主要归功于电路的构架简单，只有一个二极管环路，比现有的三平衡变频器方案少用了一半的非线性器件，同时无源部分的连接也远少于现有的三平衡变频器方案，大大减少了在无源电路中的损耗。3)本振(LO)需要的驱动功率只有现有方案的一半。这是由于本专利技术只有一个二极管环路，本振(LO)需要的驱动功率只需要驱动比现有的三平衡变频器方案少一半的非线性器件，从而减少了整个系统的功率消耗。4)杂波滤除的效果好。这是由于本专利技术利用二极管环路的对称性保留了三平衡的变频工作特性，同时，和其他现有的三平衡方案相比，本专利技术只需要驱动一个二极管环路， 使得 各个巴伦对称的信号输入与输出传输线很容易保持其对称性，从而使得实际电路布线时的非对称性偏差降低到最小。相对于本振对称的平衡差分端口来说，其他两个巴伦的差分端就处于本振差分信号的中间位置，也就是位于本振差分信号的虚拟零电位，这样使得本振差分信号与输入端和输出端有很高的隔离度。提高了对本振的抑制度，就可以大大提高输入信号的变频效率和质量。按照相同原理，本设计的对称结构，得以实现本振巴伦和输出巴伦的差分端口处于输入差分信号的虚拟零电位点，这样输入差分信号在输出端和本振端有很高的隔离度。同样的，输出差分信号在输入端和本振端也有很高的隔离度。这种高度的对称大大提高了隔离度和对杂波信号的抑制。5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无源三平衡变频器，其特征在于设有一个由四个二极管之间阴极与阳极依次首尾相连的闭合环路以及本振、输入及输出三个信号转化巴伦，本振巴伦设有四个端口 :与本振信号连接的一个输入端、两个输出相同幅度但相位相反的平衡差分信号输出端以及一个同相信号输出端，该同相信号输出端处于两个相互对称的平衡差分信号输出端的中间位置，此端口相对于两个平衡差分信号输出端上的差分信号位于虚拟零电位，而相对于两个平衡差分信号输出端上的同相信号位于同相输出点；输入巴伦设有四个端口 与被变频信号连接的一个输入端、两个相同幅度但相位相反的平衡差分信号输出端以及一个同相信号输出端，该同相信号输出端处于两个相互对称的平衡差分信号输出端的中间位置，此端口相对于两个平衡差分信号输出端上的差分信号位于虚拟零电位，而相对于两个平衡差分信号输出端上的同相信号位于同相输出点；输出巴伦设有三个端口 分别与两个相同幅度但相位相反的平衡差分变频信号连接的输入端以及一个变频信号输出端；四个二极管闭合环路中，其中的两个对角线点分别连接本振巴伦的两个平衡差分信号输出端，另外两个对角线点分别连接输入巴伦的两个平衡差分信号输出端，本振巴伦的同相信号输出端及输入巴伦的同相信号输出端分别连接输出巴伦平衡差分变频信号的两个输入端。2.根据权利要求I所述的无源三平衡变频器，其特征在于本振巴伦及输入巴伦的结构中，初级线圈的一端为输入端，该输入端通过电容接地，初级线圈的另一端通过电容接地，与初级线圈电磁耦合的次级线圈中心抽头接地，次级线圈的两端分别连接电容后分别作为平衡差分信号的两个输出端，平衡差分信号的两个输出端之间连接线圈，该线圈的中心抽头为同相信号输出端。3.根据权利要求I所述的无源三平衡变频器，其特征在于本振巴伦及输入巴伦的结构中，初级线圈的一端为输入端，该输入端通过电容接地，...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜鑫，
申请(专利权)人：姜鑫，
类型：发明
国别省市：