[实用新型]一种无源三平衡变频器

说明书

技术领域

    本实用新型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。

背景技术

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1）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。

发明内容

本实用新型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。 

本实用新型采用如下技术方案：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。