一种次谐波混频器及Ka波段高频头的制作方法
【专利摘要】本发明适用于Ka波段通信领域，提供一种次谐波混频器及Ka波段高频头，所述次谐波混频器，包括本振信号滤波模块、高频信号滤波模块、次谐波混频模块及中频信号滤波模块，次谐波混频模块包括反向并联的肖特基二极管对；次谐波混频模块对本振信号滤波模块滤波后的本振信号和高频信号滤波模块滤波后的高频信号进行混频得到中频信号，中频信号滤波模块对中频信号进行滤波后输出。本发明通过利用反向并联的肖特基二极管的偶次谐波的混频特性，对高频信号和本振信号进行混频得到中频信号，以实现次谐波混频器的二次谐波混频功能，可在获得较好混频功能的同时大大降低次谐波混频器的生产制造成本。
【专利说明】
_种次谐波混频器及Ka波段局频头
技术领域
[0001]本发明属于Ka波段通信领域，尤其涉及一种次谐波混频器及Ka波段高频头。
【背景技术】
[0002]Ka波段毫米波在卫星通信领域的应用越来越广泛，Ka波段高频头作为毫米波收发机的重要部件，是实现卫星通信的关键器件，而Ka波高频头中的次谐波混频器是影响发射链路性能的重要器件之一。
[0003]然而，现有的能够处理Ka波段信号的次谐波混频器芯片通常采用砷化镓(GaAs)工艺制成，此类虽然能够简化设计结构、同时增强电路的可靠性，但是价格成本较高，不适于广泛推广使用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种次谐波混频器及Ka波段高频头，旨在解决现有的能够处理Ka波段信号的次谐波混频器芯片通常采用砷化镓(GaAs)工艺制成，此类虽然能够简化设计结构、同时增强电路的可靠性，但是价格成本较高，不适于广泛推广使用。的问题。
[0005]本发明是这样实现的，一种次谐波混频器，包括本振信号滤波模块、高频信号滤波模块、次谐波混频模块及中频信号滤波模块，所述次谐波混频模块包括反向并联的肖特基二极管对，所述肖特基二极管对包括二极管Dl和二极管D2，其中，二极管Dl的正极和二极管D2的负极共接构成所述次谐波混频模块的输入端，二极管Dl的负极和二极管D2的正极共接构成所述次谐波混频模块的输入输出端；
[0006]所述本振信号滤波模块的输入端接入本振信号，所述高频信号滤波模块的输入端接入高频信号、所述高频信号滤波模块的输出端接所述次谐波混频模块的输入端，所述次谐波混频模块的输入输出端与所述本振信号滤波模块的输出端和所述中频信号滤波模块的输入端共接，所述中频信号滤波模块的输出端输出中频信号；
[0007]所述本振信号滤波模块对接入的本振信号进行滤波后输出给所述次谐波混频模块，所述高频信号滤波模块对接入的高频信号进行滤波后输出给所述次谐波混频模块，所述次谐波混频模块对滤波后的本振信号和滤波后的高频信号进行混频得到中频信号并输出给所述中频信号滤波模块，所述中频信号滤波模块对所述中频信号进行滤波后输出。
[0008]优选的，所述本振信号滤波器模块为平行耦合微带线带通滤波器。
[0009]优选的，所述本振信号滤波器模块的微带线结构为M阶平行耦合微带结构，所述M阶平行耦合微带结构包括沿各微带线长度方向相互平行设置的M+1条微带线；
[0010]所述M+1条微带线等间距或不等间距分布，当所述M+1条微带线不等间距分布时，相邻微带线之间的间距以中间两条微带线之间的间距为基准向两侧递减；
[0011]所述M+1条微带线的宽度相等且各微带线的长度按照微带线的分布顺序以中间m条微带线的长度为基准向两侧递减，当m>l时，所述中间m条微带线的长度相等，其中，M和m均为大于O的正整数。
[0012]优选的，所述本振信号滤波模块接入的本振信号的频率范围为9.03GHz?9.22GHz，经所述两阶平行耦合微带结构滤波后输出的本振信号的中心频率为?9.125GHz。
[0013]优选的，所述次谐波混频器还包括与所述本振信号滤波模块的输入端连接的低噪声放大器，本振信号经由所述低噪声放大器放大之后再输出给所述本振信号滤波模块进行滤波。
[0014]优选的，所述高频信号滤波模块为平行耦合微带线带通滤波器。
[0015]优选的，所述高频信号滤波模块的微带线结构为N阶平行耦合微带结构，所述N阶平行耦合微带结构包括沿各微带线长度方向相互平行设置的N+1条微带线；
[0016]所述N+1条微带线等间距或不等间距分布，当所述N+1条微带线不等间距分布时，相邻微带线之间的间距以中间两条微带线之间的间距为基准向两侧递减；
[0017]所述N+1条微带线的宽度相等且各微带线的长度按照微带线的分布顺序以中间η条微带线的长度为基准向两侧递减，当η>1时，所述中间η条微带线的长度相等，其中，N和η均为大于O的正整数。
[0018]优选的，所述次谐波混频模块还包括限流电阻Rl和限流电阻R2，其中，限流电阻Rl串联在二极管Dl的负极和所述次谐波混频模块的输入输出端之间，限流电阻R2串联在二极管D2的正极和所述次谐波混频模块的输入输出端之间。
[0019]优选的，所述中频信号滤波模块为平行耦合微带线带通滤波器或滤波电容。
[0020]本发明实施例还提供一种Ka波段高频头，所述Ka波段高频头包括如前所述次谐波混频器。
[0021 ]本发明与现有技术相比，其有益效果在于:
[0022]通过利用反向并联的肖特基二极管的偶次谐波的混频特性，对高频信号和本振信号进行混频得到中频信号，以实现次谐波混频器的二次谐波混频功能，可在获得较好混频功能的同时大大降低次谐波混频器的生产制造成本。
【附图说明】
[0023]图1是本发明实施例一提供的次谐波混频器的基本结构框图；
[0024]图2是本发明实施例二提供的本振信号滤波模块中两阶平行耦合微带结构的示意图；
[0025]图3是本发明实施例二提供的高频信号滤波模块中五阶平行耦合微带结构的示意图；
[0026]图4是本发明实施例三提供的次谐波混频模块的具体结构框图。
【具体实施方式】
[0027]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0028]实施例一
[0029]如图1所示，在本实施例中，次谐波混频器包括本振信号滤波模块10、高频信号滤波模块20、次谐波混频模块30及中频信号滤波模块40。
[0030]次谐波混频模块30包括反向并联的肖特基二极管对，所述肖特基二极管对包括二极管Dl和二极管D2，其中，二极管Dl的正极和二极管D2的负极共接构成次谐波混频模块30的输入端，二极管Dl的负极和二极管D2的正极共接构成次谐波混频模块30的输入输出端。[0031 ]本振信号滤波模块10的输入端LO IN接入本振信号Vlo，高频信号滤波模块20的输入端RF IN接入高频信号Vrf、高频信号滤波模块20的输出端接次谐波混频模块30的输入端，次谐波混频模块30的输入输出端与本振信号滤波模块10的输出端和中频信号滤波模块40的输入端共接，中频信号滤波模块40的输出端IF OUT输出中频信号Vif。
[0032]本振信号滤波模块10对接入的本振信号Vlo进行滤波后输出给次谐波混频模块30，高频信号滤波模块20对接入的高频信号Vrf进行滤波后输出给次谐波混频模块30，次谐波混频模块30对滤波后的本振信号和滤波后的高频信号进行混频得到中频信号并输出给中频信号滤波模块40，中频信号滤波模块40对所述中频信号进行滤波后得到滤波后的中频信号Vif并输出。
[0033]本实施例通过采用反向并联的肖特基二极管作为次谐波混频模块，利用反向并联的肖特基二极管的偶次谐波的混频特性，对高频信号和本振信号进行混频得到中频信号，以实现次谐波混频器的二次谐波混频功能，可在获得较好混频功能的同时大大降低次谐波混频器的生产制造成本。
[0034]实施例二
[0035]本实施例是对实施一中的次谐波滤波器内部器件结构的进一步细化。
[0036]在本实施例中，本振信号滤波器模块10和高频信号滤波模块20均采用平行耦合微带线带通滤波器。
[0037]本振信号滤波器模块10的微带线结构为M阶平行耦合微带结构，所述M阶平行耦合微带结构包括沿各微带线长度方向相互平行设置的M+1条微带线；
[0038]所述M+1条微带线等间距或不等间距分布，当所述M+1条微带线不等间距分布时，相邻微带线之间的间距以中间两条微带线之间的间距为基准向两侧递减；
[0039]所述M+1条微带线的宽度相等且各微带线的长度按照微带线的分布顺序以中间m条微带线的长度为基准向两侧递减，当m>l时，所述中间m条微带线的长度相等，其中，M和m均为大于O的正整数。
[0040]高频信号滤波模块20的微带线结构为N阶平行耦合微带结构，所述N阶平行耦合微带结构包括沿各微带线长度方向相互平行设置的N+1条微带线；
[0041]所述N+1条微带线等间距或不等间距分布，当所述N+1条微带线不等间距分布时，相邻微带线之间的间距以中间两条微带线之间的间距为基准向两侧递减；
[0042]所述N+1条微带线的宽度相等且各微带线的长度按照微带线的分布顺序以中间η条微带线的长度为基准向两侧递减，当η>1时，所述中间η条微带线的长度相等，其中，N和η均为大于O的正整数。
[0043]如图2所示，本实施中优选本振信号滤波器模块10的微带线结构为两阶平行耦合微带结构，两阶平行耦合微带结构包括沿各微带线长度方向相互平行设置的三条微带线11?13;
[0044]三条微带线11?13的长度依次为117.5mi 1、235mi 1、117.5mi I (图中仅用尺寸标注线示意出微带线11的长度)，三条微带线11?13的宽度D均为16mil(图中仅用尺寸标注线示意出微带线12的宽度)，三条微带线11?13中相邻两条微带线之间的间距均为5mil(图中仅用尺寸标注线示意出微带线12和13之间的间距)。
[0045]在本实施例中，本振信号滤波模块10接入的本振信号的频率范围为9.03GHz?9.22GHz，经所述两阶平行耦合微带结构滤波后输出的本振信号的中心频率为?9.125GHz，输出的本振信号的频率在?9.2GHz处的反射系数小于-50dB。
[0046]在具体应用中，本振信号滤波器模块10的微带线的尺寸可在上述尺寸的基础之上根据设计要求进行优化微调，并不局限于上述尺寸。
[0047]如图3所示，本实施中优选高频信号滤波模块20的微带线结构为五阶平行耦合微带结构，所述五阶平行耦合微带结构包括沿各微带线长度方向相互平行设置的六条微带线21 ?26;
[0048]六条微带线21?26的长度依次为105111丨1、215111丨1、215111丨1、215111丨1、215111丨1、10511^1(图中仅用尺寸标注线示意出微带线21的长度)，所述六条微带线的宽度均为15mil(图中仅用尺寸标注线示意出微带线22的宽度)，所述六条微带线中相邻两条微带线之间的间距依次为121^1、271^1、301^1、271^1、1211^1(图中仅用尺寸标注线示意出微带线23和24之间的间距)。
[0049]在本实施例中，高频信号滤波模块20在接入的高频信号的频率范围在19.2GHz?20.2GHz范围内时具有较好的滤波特性，所述高频信号经所述五阶平行耦合微带结构滤波后的3dB带宽为?2.87GHz，输入反射系数小于-20dB。
[0050]采用本实施例所述提供的次谐波滤波器，当肖特基二极管对输入的高频信号的频率为20.2GHz、输入功率为-35dBm，输入的本振信号的频率为9.125GHz、输入功率为5dBm时，经过混频后产生的本振次谐波信号的频率为?18.25GHz，最后混频输出的中频信号的频率为1.95GHz (中频信号频率的计算公式为:高频信号频率-2倍本振信号频率=20.2GHz-9.125GHz*2 = 1.95GHz)。
[0051]在具体应用中，本振信号滤波器模块10和高频信号滤波模块20所采用的平行耦合微带线带通滤波器均可通过镀铜或者镀铜加沉银工艺，形成在PCB上，厚度为17μπι?34μπι，可以通过选定频率范围内的本振信号和所需的Ka波段高频信号。
[0052]实施例三
[0053]本实施是对实施例一或实施例二所提供的次谐波滤波器的进一步细化。
[0054]如图4所示，在本实施例中，次谐波混频器还包括与本振信号滤波模块10的输入端连接的低噪声放大器50，本振信号Vlo经由低噪声放大器50放大之后再输出给本振信号滤波模块1进行滤波。
[0055]本实施例中，次谐波混频模块30还包括限流电阻Rl和限流电阻R2，其中，限流电阻Rl串联在二极管Dl的负极和次谐波混频模块30的输入输出端之间，限流电阻R2串联在二极管D2的正极和次谐波混频模块30的输入输出端之间。
[0056]在具体应用中，限流电阻Rl和限流电阻R2用于在温度变化时，起到稳定肖特基二极管的电流的作用，以避免温度变化对肖特基二极管造成的电流漂移影响；限流电阻Rl和限流电阻R2可以选用热敏电阻、可调电阻、定值电阻等多种类型的电阻。
[0057]本实施例中，中频信号滤波模块40为平行耦合微带线带通滤波器。
[0058]在具体应用中，为了减小次谐波混频器的面积，中频信号滤波模块40也可以选用滤波电容代替。
[0059]在一实施例中，本发明还提供一种应用于Ka波段卫星通信领域的收发机上的Ka波段高频头，所述Ka波段高频头包括如前所述次谐波混频器。
[0060]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种次谐波混频器，包括本振信号滤波模块、高频信号滤波模块、次谐波混频模块及中频信号滤波模块，其特征在于，所述次谐波混频模块包括反向并联的肖特基二极管对，所述肖特基二极管对包括二极管Dl和二极管D2，其中，二极管Dl的正极和二极管D2的负极共接构成所述次谐波混频模块的输入端，二极管Dl的负极和二极管D2的正极共接构成所述次谐波混频模块的输入输出端； 所述本振信号滤波模块的输入端接入本振信号，所述高频信号滤波模块的输入端接入高频信号、所述高频信号滤波模块的输出端接所述次谐波混频模块的输入端，所述次谐波混频模块的输入输出端与所述本振信号滤波模块的输出端和所述中频信号滤波模块的输入端共接，所述中频信号滤波模块的输出端输出中频信号； 所述本振信号滤波模块对接入的本振信号进行滤波后输出给所述次谐波混频模块，所述高频信号滤波模块对接入的高频信号进行滤波后输出给所述次谐波混频模块，所述次谐波混频模块对滤波后的本振信号和滤波后的高频信号进行混频得到中频信号并输出给所述中频信号滤波模块，所述中频信号滤波模块对所述中频信号进行滤波后输出。2.如权利要求1所述的次谐波混频器，其特征在于，所述本振信号滤波器模块为平行耦合微带线带通滤波器。3.如权利要求2所述的次谐波混频器，其特征在于，所述本振信号滤波器模块的微带线结构为M阶平行耦合微带结构，所述M阶平行耦合微带结构包括沿各微带线长度方向相互平行设置的M+1条微带线； 所述M+1条微带线等间距或不等间距分布，当所述M+1条微带线不等间距分布时，相邻微带线之间的间距以中间两条微带线之间的间距为基准向两侧递减； 所述M+1条微带线的宽度相等且各微带线的长度按照微带线的分布顺序以中间m条微带线的长度为基准向两侧递减，当m> I时，所述中间m条微带线的长度相等，其中，M和m均为大于O的正整数。4.如权利要求3所述的次谐波混频器，其特征在于，所述本振信号滤波模块接入的本振信号的频率范围为9.03GHz?9.22GHz，经所述两阶平行耦合微带结构滤波后输出的本振信号的中心频率为?9.125GHz。5.如权利要求1?4任一项所述次谐波混频器，其特征在于，所述次谐波混频器还包括与所述本振信号滤波模块的输入端连接的低噪声放大器，本振信号经由所述低噪声放大器放大之后再输出给所述本振信号滤波模块进行滤波。6.如权利要求1所述的次谐波混频器，其特征在于，所述高频信号滤波模块为平行耦合微带线带通滤波器。7.如权利要求6所述的次谐波混频器，其特征在于，所述高频信号滤波模块的微带线结构为N阶平行耦合微带结构，所述N阶平行耦合微带结构包括沿各微带线长度方向相互平行设置的N+1条微带线； 所述N+1条微带线等间距或不等间距分布，当所述N+1条微带线不等间距分布时，相邻微带线之间的间距以中间两条微带线之间的间距为基准向两侧递减； 所述N+1条微带线的宽度相等且各微带线的长度按照微带线的分布顺序以中间η条微带线的长度为基准向两侧递减，当η>1时，所述中间η条微带线的长度相等，其中，N和η均为大于O的正整数。8.如权利要求1所述次谐波混频器，其特征在于，所述次谐波混频模块还包括限流电阻Rl和限流电阻R2，其中，限流电阻Rl串联在二极管Dl的负极和所述次谐波混频模块的输入输出端之间，限流电阻R2串联在二极管D2的正极和所述次谐波混频模块的输入输出端之间。9.如权利要求1所述次谐波混频器，其特征在于，所述中频信号滤波模块为平行耦合微带线带通滤波器或滤波电容。10.一种Ka波段高频头，其特征在于，所述Ka波段高频头包括如权利要求1?9任一项所述次谐波混频器。
【文档编号】H04N7/20GK105932968SQ201610460502
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】陈家诚, 姚建可, 丁庆
【申请人】深圳市华讯方舟卫星通信有限公司, 华讯方舟科技有限公司