[发明专利]一种高性能小型化单片集成的谐波混频器

说明书

本发明公开了一种高性能小型化单片集成的谐波混频器，包括双频功分器，反向并联二极管对，介于双频功分器与二极管对之间的隔直和匹配电路，低通滤波器；具体是本振信号和射频信号经双频功分器的输入端到达合成端，再通过隔直和匹配电路加载到二极管对的中间引脚上，利用二极管对的非线性进行混频，混频产生的中频信号经低通滤波器输出。本发明中设计的双频功分器具有优异的端口匹配和隔离特性，同时具有较低的传输损耗和较宽的带宽，辅以隔直和匹配电路和低通滤波器，使得本发明谐波混频器具有设计简单、信号间隔离度高、端口驻波优异、混频效率高、尺寸小等特点。

技术领域

本发明属于射频/毫米波/太赫兹无线通信集成电路技术领域，旨在对传统谐波混频器电路结构进行改进，特别是一种高性能小型化单片集成的谐波混频器。

背景技术

混频器是射频、毫米波、太赫兹无线通信系统收发前端集成电路中的关键部件。发射机前端将要发射的低频信号转换成高频信号，接收机前端将接受到的高频信号转换成低频信号，频率转换功能就是由混频器实现的。相较于基波混频，谐波混频可以降低本振信号频率至所需频率的1/2、1/4等，从而大大降低本振电路设计难度；同时，谐波混频具有更高的本振/射频信号隔离度、更少的谐波产物等优点。

目前，最常见的单片集成谐波混频器电路结构为基于反向并联二极管对（anti-paralleled diode pair, APDP）的二次谐波混频器。如图1所示，传统二次谐波混频器电路结构中需要多段λ/4（四分之波长）的开路/短路枝节线以实现信号间的隔离、直流/射频到地通路，该种电路结构带宽小、面积大，且好的端口匹配难以实现。已有文献[1]（Lin C H,Lai Y A, Chiu J C, et al. A 23–37 GHz Miniature MMIC Subharmonic Mixer[J].IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2007, 17(9):679-681.）[2]（YanP, Chen J, Hong W . A Miniaturized Monolithic 18–40[J]. Journal of InfraredMillimeter Terahertz Waves, 2010, 31(6):690-696.）采用本振/射频耦合线加载线设计单片集成二次谐波混频器来减小面积、提升带宽，如图2所示，但该混频器的耦合线加载线长度为本振信号八分之一波长，需要串联电阻实现本振信号的泵注，使得本振信号损耗比较大为10-15dBm，因而这种电路结构对本振信号功率要求较高，混频效率低。

如上所述，虽然谐波混频器具有一定的优点，但是现有技术存在主要包括面积大、带宽小、隔离差、驻波差、效率低等方面的缺陷，因而需要进一步改进。

发明内容

本发明针对传统谐波混频器电路存在的端口匹配特性差、信号间隔离度差、面积大、设计难度高等问题，提出了一种新型高性能小型化单片集成的谐波混频器，以提升混频器的各项性能。

本发明的技术方案如下：

一种高性能小型化单片集成的谐波混频器，包括：

双频功分器，用于加载本振信号和射频信号，并输出合成的本振信号和射频信号；

二极管对，用于将合成的本振信号和射频信号进行混频得到中频信号；

隔直和匹配电路，用于将双频功分器合成的本振信号和射频信号加载到二极管对上；

低通滤波器，用于输出二极管对混频产生的中频信号。

上述谐波混频器中，所述双频功分器可以工作在两个不同频段，通过设计可使双频功分器的工作频段涵盖射频信号频率和本振信号频率。

上述谐波混频器中，所述双频功分器的结构有多种，例如，基于耦合线设计的双频功分器、基于电容/电感/电阻设计的集总双频功分器或者基于传输线设计的分布式双频功分器等，可根据具体指标需求进行设计。