CN104753468B - 一种毫米波偶次谐波混频器结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种毫米波偶次谐波混频器结构，包括：混频微带基片放置于射频波导内与波导同向，并置于射频波导宽边的中央；反向并联二极管对放置在混频微带基片的末端；本振及中频低通滤波器置于射频波导末端端面处，根据本振信号确定置于射频波导内的混频微带基片长度；根据反向并联二极管对的尺寸，确定混频微带基片接地端的宽度。本发明有益效果：射频信号可以良好的耦合到二极管上，射频信号与本振信号进行混频时，变频性能优良，一致性良好，且工作带宽更宽。

Description

一种毫米波偶次谐波混频器结构

技术领域

本发明涉及电子通信技术领域，尤其涉及一种毫米波偶次谐波混频器结构。

背景技术

毫米波混频器作为毫米波雷达、制导、通信及测试仪器等系统的重要组成部分，其性能的好坏，在一定程度上决定毫米波系统性能的优劣。因此，毫米波混频器一直是毫米波领域研究的重要课题。近年来固态微波器件虽然发展十分迅速，但对于毫米波而言，随着频率的升高，其对应的器件及系统的成本也越高。在某个毫米波频率上，产生相应频率的大功率毫米波信号的成本也将迅速上升。所以在满足毫米波系统应用要求的条件下，为尽可能的减小成本，则需要降低系统用于驱动混频器的本振信号频率。

毫米波偶次谐波混频属于单平衡混频，只需将二极管对的两个引脚焊接在介质基片上。相对于奇次谐波混频器，其更易于装配，且性能优良；在环境温度变化中，二极管将随介质基片一起微弱移动，在一定程度上降低因二极管受力拉伸而使混频器性能遭到破坏的几率。

目前毫米波混频器的混频电路结构如图1所示：射频波导通过减高渐变后，在波导末端约四分之一处，与波导呈垂直方向，引入波导到微带过度探针；其中探针微带的一边为接地端，提供混频直流地；另一边为传输射频信号，将此信号传输到二极管上；本振信号由双工器的本振端口馈入，在二极管处与射频信号进行混频；中频信号则经过双工器的中频端口输出，形成一个完整的混频电路。

现有毫米波偶次谐波混频器在技术上存在如下缺点：波导到微带探针过度结构复杂。因为微带探针一边需要接地端，作为直流回路，一边则为传输信号，进行混频。在探针设计上，因直流回路路径会对信号传输路径产生严重影响，会使得探针设计复杂化；并且因为微带探针仅在距波导末端约四分之一波长处放置，波导内的场会激起两个不连续点，给微带基片的尺寸设计，及放置位置的确定也带来一定的难度。

综上所述，现有技术对波导到微带探针的设计及波导短路面的位置确定要求较高；且在一定程度上装配工艺将影响混频性能及其一致性，随着频率的升高，影响将更显著。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供了一种毫米波偶次谐波混频器结构。该混频器结构能够降低微带混频电路的设计难度，减小设计成本和时间；降低对装配工艺要求，并能够保证混频性能和一致性良好。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种毫米波偶次谐波混频器结构，其特征是，包括：谐波腔体以及设置在谐波腔体内的混频微带基片、射频波导、本振及中频低通滤波器以及反向并联二极管对；

所述混频微带基片放置于射频波导内与波导同向，并置于射频波导宽边的中央；所述反向并联二极管对放置在混频微带基片的末端；所述本振及中频低通滤波器置于射频波导末端端面处，根据本振信号确定置于射频波导内的混频微带基片长度；根据反向并联二极管对的尺寸，确定混频微带基片接地端的宽度。

所述微带基片包括：直通微带线、细微带线、转接微带线以及接地微带线；

所述直通微带线用于连接外部的分离本振与中频的双工器；所述细微带线用于传输本振及中频信号；所述转接微带线用于改善射频信号耦合到反向并联二极管对的能量，并引出装配反向并联二极管对的微带枝节；所述接地微带线用于形成混频器的接地回路，通过调整接地微带线的长度能够有效改善混频性能。

所述细微带线通过转接微带线与接地微带线连接，在所述接地微带线上设置反向并联二极管对。

所述混频微带基片向射频波导内部延伸射频波长。

所述反向并联二极管对放置在混频微带基片的末端，处于四分之一射频波长处。

所述射频波导根据反向并联二极管对的实际尺寸，为标准波导或者为减高波导。

所述谐波腔体的两端分别输入本振及中频信号和射频信号。

本发明的有益效果：

(1)变频损耗低：微带基片置于射频波导内部的中央，且与射频波导同向，内部电磁场集中在介质周围，射频信号可以良好的耦合到二极管上，提高混频效率。

(2)工作频带宽：采用此微带基片放置方式，波导内部电磁场不连续因素较小，在保证性能的前提下，可以获得更宽的工作频带。

(3)端口隔离度大：除了在本振通路的微带上实现隔离外，在本振波导和射频波导上也存在隔离。

(4)可靠性高、可生产性好：采用此微带基片放置方式，射频信号可以良好的耦合到二极管上，并在一定误差范围内，耦合到二极管上的射频能量变化较小，减弱对装配工艺要求，且能获得良好的性能一致性。

(5)混频直流回路简单：采用此微带基片放置方式，不需要复杂设计，仅需要根据二极管尺寸设计合理的直通微带互联到射频波导壁，既可获得良好的混频性能。

(6)结构紧凑，便于应用：采用此微带基片放置方式，本振微带与射频波导同向，整个结构小巧，便于应用。

附图说明

图1为现有毫米波混频器的混频电路结构示意图；

图2为本发明毫米波偶次谐波混频结构示意图；

图3为本发明偶次谐波混频器在110-170GHz的六次谐波变频损耗图。

其中，[1]为欧姆直通微带线，[2]为本振及中频低通滤波器，[3]为细微带线，[4]为转接微带线，[5]为反向并联二极管对，[6]为接地微带线。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

本发明提出了一种新型的毫米波偶次谐波混频器结构。该混频器结构将场集中在波导中间，且引入更少的不连续点，结构如图2所示。

混频微带基片放置于射频波导内与波导同向，并置于波导宽边的中央。在该微带结构中，微带基片向射频波导内部延伸射频波长，约四分之一波长处；本振及中频低通滤波器[2]置于射频波导末端端面处，既可有效抑制射频信号泄露，又可作为装配定位；根据本振信号合理设计置于射频波导内的微带线及接地端的微带线长度；再根据反向并联二极管对[5]的尺寸，设计合理的接地微带线线宽；其中反向并联二极管对[5]放置在微带末端，处于射频波导波长约四分之一处；根据反向并联二极管对[5]的实际尺寸，射频波导为标准波导或者为减高波导；本振信号通路的波导需要合理减高，以抑制射频信号以波导模式泄露到本振通路上。

混频微带基片包括：直通微带线[1]、细微带线[3]、转接微带线[4]以及接地微带线[6]；50欧姆直通微带线[1]，用于连接一个外部的分离本振与中频的双工器，通过同轴微带转接器连接；本振及中频低通滤波器[2]，用于通过本振及中频信号而隔离射频信号及其他高于本振信号的杂波；四分之一射频波长细微带线[3]，用于传输本振及中频信号，而尽可能的不影响射频信号，使反向并联二极管对[5]处于射频信号电场最强位置，获得射频信号的最大能量耦合；转接微带线[4]，用于改善射频信号耦合到反向并联二极管对[5]的能量，并引出装配反向并联二极管对[5]的微带枝节；反向并联二极管对[5]，用于作为混频单元，对本振与射频信号进行混频；接地微带线[6]，用于混频电路的接地回路，调整接地微带回路的微带线长度可以有效改善混频性能。

上述结构的特点在于：微带片置于射频波导内的中央处且同向，波导末端的电磁场较为集中的分布在基片周围，而不会发生突变。射频信号可以良好的耦合到反向并联二极管上，并在一定误差范围内，耦合到反向并联二极管上的射频能量变化较小。故射频信号与本振信号进行混频时，变频性能优良，一致性良好，且工作带宽更宽。因此，该结构不但有效降低混频器的装配工艺要求，提高性能，获得良好的性能一致性，而且提高了混频器的研发效率。

本发明偶次谐波混频器在110-170GHz的六次谐波变频损耗如图3所示，显示了微带基片平行于射频波导且置于其宽边中心得到的混频器，在整个频带110-170GHz范围的变频损耗为16.2±2dB，平坦度为±2dB。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种毫米波偶次谐波混频器结构，其特征是，包括：谐波腔体以及设置在谐波腔体内的混频微带基片、射频波导、本振及中频低通滤波器以及反向并联二极管对；

所述混频微带基片放置于射频波导内与波导同向，并置于射频波导宽边的中央；所述反向并联二极管对放置在混频微带基片的末端；所述本振及中频低通滤波器置于射频波导末端端面处，根据本振信号确定置于射频波导内的混频微带基片长度；根据反向并联二极管对的尺寸，确定混频微带基片接地端的宽度。

2.如权利要求1所述的一种毫米波偶次谐波混频器结构，其特征是，所述微带基片包括：直通微带线、细微带线、转接微带线以及接地微带线；

所述直通微带线用于连接外部的分离本振与中频的双工器；所述细微带线用于传输本振及中频信号；所述转接微带线用于改善射频信号耦合到反向并联二极管对的能量，并引出装配反向并联二极管对的微带枝节；所述接地微带线用于形成混频器的接地回路，通过调整接地微带线的长度能够有效改善混频性能。

3.如权利要求2所述的一种毫米波偶次谐波混频器结构，其特征是，所述细微带线通过转接微带线与接地微带线连接，在所述接地微带线上设置反向并联二极管对。

4.如权利要求1所述的一种毫米波偶次谐波混频器结构，其特征是，所述混频微带基片向射频波导内部延伸射频波长。

5.如权利要求1所述的一种毫米波偶次谐波混频器结构，其特征是，所述反向并联二极管对放置在混频微带基片的末端，处于四分之一射频波长处。

6.如权利要求1所述的一种毫米波偶次谐波混频器结构，其特征是，所述射频波导根据反向并联二极管对的实际尺寸，为标准波导或者为减高波导。

7.如权利要求1所述的一种毫米波偶次谐波混频器结构，其特征是，所述谐波腔体的两端分别输入本振及中频信号和射频信号。