专利名称：一种毫米波有源倍频器集成电路的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子通信技术领域，尤其涉及一种毫米波有源倍频集成电路。
背景技术：
毫米波定义是波长在Imm-Icm之间的电磁波，频率范围是30GHz-300GHz，其所处的独特频谱位置决定了毫米波兼有微波和光波两者的性能，具有波长 、频带宽、波束窄、抗干扰能力强、保密性能好和容量大等特点。因此，毫米波在军事电子、民用电子等许多领域上得到了广泛应用，特别是在雷达与制导、电子对抗、遥感遥测和保密通信等方面能带来很好的效果。毫米波源是为毫米波系统提供本振信号的频率源，是毫米波系统的心脏，整个毫米波系统的性能在很大程度上取决于毫米波源的性能。在毫米波通信系统中，毫米波源既作为发射机的激励信号，又作为毫米波接收机设备的本振信号。高频率稳定度和低相位噪声的毫米波频率源可以提高接收机的灵敏度，从而可以提高系统性能，最终在降低系统的误码率、提高通信质量和充分利用频谱资源等方面起到关键作用。目前，毫米波源可以通过真空器件或固态器件直接产生、频率合成或锁相频率合成、介质振荡器与锁相倍频相结合等多种方式来实现。其中介质振荡器与锁相倍频相结合的方式为常用的毫米波信号产生方式，其结合了介质振荡器和锁相倍频的优点，使输出信号具有低相位噪声、高频率稳定度和一定量的调谐带宽。在毫米波源中，倍频器是十分关键的电路。直接在毫米波频段来实现频率源，其频率稳定度、相位噪声和功率往往都不是很好。如果在已经成熟的频段实现一个源，再将其倍频到毫米波频段，其频率稳定度和倍频前一样，相位噪声往往也要好于直接在毫米波段实现的基波源。现在应用比较多的是分立器件搭建的倍频器和无源倍频器，其体积大，一致性差，插入损耗大等诸多不足降低了毫米波频率源的性能。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种毫米波有源倍频器集成电路，具有体积小、输出功率大、附加相位噪声小的特点。为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是一种毫米波有源倍频器集成电路，其特征在于包括输入放大电路、反并联二极管倍频电路和输出放大滤波电路，所述输入放大电路的输入端为信号的输入端，所述输入放大电路的输出端与所述反并联二极管倍频电路的输入端连接，所述反并联二极管倍频电路的输出端与所述输出放大滤波电路的输入端连接，所述输出放大滤波电路的输出端为信号的输出端，电源与所述输入放大电路和所述输出放大滤波电路的供电端连接。所述输入放大电路包括电阻R1-R5、电容C1-C5、电感L1-L3和场效应管FETl，所述电容Cl的一端依次经电容C2、电阻R2接所述场效应管FETl的栅极，所述电容Cl的另一端为所述输入放大电路的输入端；所述电阻Rl的一端接电容Cl与电容C2的结点，所述电阻Rl的另一端接地；所述场效应管FETl的源极经电阻R4接地；所述场效应管FETl的漏极经电感L2、电感LI、电容C5和电阻R5接地；所述电阻R3的一端接场效应管FETl的栅极，所述电阻R3的另一端接地；所述电容C3与电阻R4并联；电源Vcc接所述电感LI与电容C5的结点；所述电容C4的一端接所述电感L2与电感LI的结点，所述电容C4的另一端经电感L3接地，所述电容C4与电感L3的结点为所述输入放大电路的输出端。所述反并联二极管倍频电路包括二极管D1-D2、电容C6和电感L4，所述电感L4的一端经二极管D2、二极管Dl接所述电感L4的另一端；所述电容C6的一端接地，所述电容C6的另一端接所述电感L4与二极管D2的结点；所述二极管D2与二极管Dl的结点为所述反并联二极管倍频电路的输入端，所述二极管Dl与所述电感L4的结点为所述反并联二极管倍频电路的输出端。所述输出放大滤波电路包括电阻R6-R12、电容C7-C16、电感L5-L10和场效应管FET2-FET3，所述电容C7的一端经电容C8、电阻R6接所述场效应管FET2的栅极，所述电容C7的另一端为所述输出放大滤波电路的输入端；所述场效应管FET2的源极经电阻R8接 地；所述场效应管FET2的漏极经电感L7、电容C15和电阻Rll接地；所述电感L5的一端接所述电容C7与电容C8的结点，所述电感L5的另一端接地；所述电阻R7的一端接所述场效应管FET2的栅极，所述电阻R7的另一端接地；所述电容C9与所述电阻R8并联；所述电感L6的一端接所述电感L7与电容C15的结点，所述电感L6的另一端接电源Vcc ;所述电容C16的一端接电源Vcc，所述电容C16的另一端经所述电阻R12接地；所述电容ClO的一端接所述场效应管FET2的漏极，所述电容ClO的另一端经电容Cll接所述场效应管FET3的栅极；所述场效应管FET3的源极经电阻RlO接地；所述场效应管FET3的漏极经电感L9接电源Vcc ;所述电感L8的一端接所述电容ClO与电容Cll的结点，所述电感L8的另一端接地；所述电阻R9的一端接所述场效应管FET3的栅极，所述电阻R9的另一端接地；所述电容C12与所述电阻RlO并联；所述电容C13的一端接所述场效应管FET3的漏极，所述电容C13的另一端经电感LlO接地；所述电容C14的一端接所述电容C13与电感LlO的结点，所述电容C14的另一端为所述输出放大滤波电路的输出端。采用上述技术方案所产生的有益效果在于所述集成电路应用MMIC工艺进行制作，在约Imm2的面积上集成了输入放大电路、反并联二极管倍频电路和输出放大滤波电路，体积小，可靠性高，不仅可实现倍频功能，而且具有9dB变频增益，输出功率典型值可达15dBm，输出功率大，功耗低，附加相位噪声仅为-135dBc/Hz，附加相位噪声小，完全满足毫米波频率源的要求。此外，所述集成电路使用反并联二极管倍频电路实现倍频功能，在完成频率倍增之后，使用放大滤波电路完成所需信号的放大和滤波，实现最小27dB的一次谐波抑制，从而保证输出信号的整体品质。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。图I是本实用新型原理框图；图2是图I中输入放大电路的原理图；图3是图I中反并联二极管倍频电路原理图；图4是图I中输出放大滤波电路原理图；[0017]图5是输入频率图；图6是经过输入放大电路后的输出频率图；图7是经过反并联二极管倍频电路后的输出频率图；图8是经过输出放大滤波电路后的输出频率图；图9是本实用新型输出信号功率的特性曲线图；
图10是本实用新型工作电流曲线图。
具体实施方式
如图I所示，一种毫米波有源倍频器集成电路，包括输入放大电路、反并联二极管倍频电路和输出放大滤波电路。所述输入放大电路的输入端为信号的输入端，所述输入放 大电路的输出端与所述反并联二极管倍频电路的输入端连接，所述反并联二极管倍频电路的输出端与所述输出放大滤波电路的输入端连接，所述输出放大滤波电路的输出端为信号的输出端，电源与所述输入放大电路和所述输出放大滤波电路的供电端连接。如图2所示，所述输入放大电路包括电阻R1-R5、电容C1-C5、电感L1-L3和场效应管FETl。所述电容Cl的一端依次经电容C2、电阻R2接所述场效应管FETl的栅极，所述电容Cl的另一端为所述输入放大电路的输入端；所述电阻Rl的一端接电容Cl与电容C2的结点，所述电阻Rl的另一端接地；所述场效应管FETl的源极经电阻R4接地；所述场效应管FETl的漏极经电感L2、电感LI、电容C5和电阻R5接地；所述电阻R3的一端接场效应管FETl的栅极，所述电阻R3的另一端接地；所述电容C3与电阻R4并联；电源Ncc接所述电感LI与电容C5的结点；所述电容C4的一端接所述电感L2与电感LI的结点，所述电容C4的另一端经电感L3接地，所述电容C4与电感L3的结点为所述输入放大电路的输出端。如图2所示，所述输入放大电路的工作频率为15 20GHz，为保证后续电路良好的工作状态，输出功率在15dBm左右。所述输入放大电路采用自偏压单级放大器结构，图2中电容C1-C2和电阻Rl是输入匹配部分，保证输入端的电阻为50欧姆；电容C4和电感L3是输出端处理电路，其兼具匹配、隔直和滤波等功能；电阻R4是自偏压状态电阻，为提高所述输入放大电路工作的稳定性，使用电阻R2和电容C3 ；电源Vcc通过电感LI和L2对场效应管FETl进行供电，电容C5和电阻R5是电源滤波器件。合理选择电阻R4的值使得场效应管FETl工作于典型的放大状态，足够大的电阻R3能够保证场效应管FETl的栅极电位和交流信号的完整性。所述输入放大电路保证输入信号功率在O 6dBm范围内，输出功率可以达到15dBm，并且在15 20GHz全频带内工作良好。如图3所示，所述反并联二极管倍频电路包括二极管D1-D2、电容C6和电感L4。所述电感L4的一端经二极管D2、二极管Dl接所述电感L4的另一端；所述电容C6的一端接地，所述电容C6的另一端接所述电感L4与二极管D2的结点；所述二极管D2与二极管Dl的结点为所述反并联二极管倍频电路的输入端，所述二极管Dl与所述电感L4的结点为所述反并联二极管倍频电路的输出端。常用的实现倍频功能的结构有单个或多个非线性器件，由于受单个器件承受功率的限制，其不能抑制不需要的谐波。而多器件采用平衡式结构可以提高电路功率容量，获得较大的输出功率，并且能够有效抑制其它谐波分量。所述集成电路采用反并联二极管倍频电路的结构型式，如图3所示。在此电路结构中，两个二极管相对于输入回路为反向并联，而相对于输出回路则是同向串联关系。若此时的输入信号电压为V，由二极管的电流与电压特性关系，可得如下公式
权利要求1.一种毫米波有源倍频器集成电路，其特征在于包括输入放大电路、反并联二极管倍频电路和输出放大滤波电路，所述输入放大电路的输入端为信号的输入端，所述输入放大电路的输出端与所述反并联二极管倍频电路的输入端连接，所述反并联二极管倍频电路的输出端与所述输出放大滤波电路的输入端连接，所述输出放大滤波电路的输出端为信号的输出端，电源与所述输入放大电路和所述输出放大滤波电路的供电端连接。
2.根据权利要求I所述的一种毫米波有源倍频器集成电路，其特征在于所述输入放大电路包括电阻R1-R5、电容C1-C5、电感L1-L3和场效应管FET1，所述电容Cl的一端依次经电容C2、电阻R2接所述场效应管FETl的栅极，所述电容Cl的另一端为所述输入放大电路的输入端；所述电阻Rl的一端接电容Cl与电容C2的结点，所述电阻Rl的另一端接地；所述场效应管FETl的源极经电阻R4接地；所述场效应管FETl的漏极经电感L2、电感LI、电容C5和电阻R5接地；所述电阻R3的一端接场效应管FETl的栅极，所述电阻R3的另一端接地；所述电容C3与电阻R4并联；电源Vcc接所述电感LI与电容C5的结点；所述电容C4的一端接所述电感L2与电感LI的结点，所述电容C4的另一端经电感L3接地，所述电容C4与电感L3的结点为所述输入放大电路的输出端。
3.根据权利要求I所述的一种毫米波有源倍频器集成电路，其特征在于所述反并联二极管倍频电路包括二极管D1-D2、电容C6和电感L4，所述电感L4的一端经二极管D2、二极管Dl接所述电感L4的另一端；所述电容C6的一端接地，所述电容C6的另一端接所述电感L4与二极管D2的结点；所述二极管D2与二极管Dl的结点为所述反并联二极管倍频电路的输入端，所述二极管Dl与所述电感L4的结点为所述反并联二极管倍频电路的输出端。
4.根据权利要求I所述的一种毫米波有源倍频器集成电路，其特征在于所述输出放大滤波电路包括电阻R6-R12、电容C7-C16、电感L5-L10和场效应管FET2-FET3，所述电容C7的一端经电容CS、电阻R6接所述场效应管FET2的栅极，所述电容C7的另一端为所述输出放大滤波电路的输入端；所述场效应管FET2的源极经电阻R8接地；所述场效应管FET2的漏极经电感L7、电容C15和电阻Rll接地；所述电感L5的一端接所述电容C7与电容C8的结点，所述电感L5的另一端接地；所述电阻R7的一端接所述场效应管FET2的栅极，所述电阻R7的另一端接地；所述电容C9与所述电阻R8并联；所述电感L6的一端接所述电感L7与电容C15的结点，所述电感L6的另一端接电源Vcc ;所述电容C16的一端接电源VccJf述电容C16的另一端经所述电阻R12接地；所述电容ClO的一端接所述场效应管FET2的漏极，所述电容ClO的另一端经电容Cll接所述场效应管FET3的栅极；所述场效应管FET3的源极经电阻RlO接地；所述场效应管FET3的漏极经电感L9接电源Vcc ;所述电感L8的一端接所述电容ClO与电容Cll的结点，所述电感L8的另一端接地；所述电阻R9的一端接所述场效应管FET3的栅极，所述电阻R9的另一端接地；所述电容C12与所述电阻RlO并联；所述电容C13的一端接所述场效应管FET3的漏极，所述电容C13的另一端经电感LlO接地；所述电容C14的一端接所述电容C13与电感LlO的结点，所述电容C14的另一端为所述输出放大滤波电路的输出端。
专利摘要本实用新型公开了一种毫米波有源倍频器集成电路，属于电子通信技术领域。包括输入放大电路、反并联二极管倍频电路和输出放大滤波电路，所述输入放大电路的输入端为信号的输入端，所述输入放大电路的输出端与所述反并联二极管倍频电路的输入端连接；所述反并联二极管倍频电路的输出端与所述输出放大滤波电路的输入端连接，所述输出放大滤波电路的输出端为信号的输出端，电源与所述输入放大电路和所述输出放大滤波电路的供电端连接。所述集成电路具有体积小、输出功率大、功耗低、附加相位噪声小的特点。
文档编号H03B19/00GK202513878SQ20122003093
公开日2012年10月31日 申请日期2012年1月31日 优先权日2012年1月31日
发明者吴永辉, 吴洪江, 田国平, 高学邦 申请人:石家庄开发区华北集成电路设计有限公司