一种宽带射频取样混频器及混频方法与流程

本发明涉及微波领域，特别涉及一种宽带射频取样混频器，还涉及一种宽带射频取样混频方法。

背景技术：

宽带取样混频器，将微波信号变成较低频率的中频信号，同时保持微波信号的幅度信息和相位信息不丢失，因而在低本振的变频系统中获得了广泛的应用。宽带取样技术在矢量网络分析仪、超宽带通信接收机、取样示波器、微波计数器、锁相环器件等各种系统中都是非常重要的技术。

现有的宽带取样混频器采用微波混合集成的方法，在腔体中通过微带片，金线金网将裸芯片、薄膜电阻等连接到一起，形成宽带取样混频器模块，然后通过穿心电容外接电源控制取样器的工作，输入输出信号通过接头与外界实现信号交流。

上述现有的宽带取样混频器具有一致性差、结构复杂、成本高、可靠性低等缺点，且不利于和其他部分电路集成到一起。传统的宽带取样器一般在混合集成电路中实现，需要用到微带电路和裸芯片等，具有结构复杂、成本高、可靠性低等缺点，且不利于和其他部分电路集成到一起。

技术实现要素：

为解决现有技术中的不足，本发明提出了一种宽带射频取样混频器及混频方法，在印制板上通过一定的结构来实现宽带取样混频电路，以克服现有的宽带取样混频器的缺陷，相对于传统的混合集成电路，本发明具有一致性好、集成度高、成本低、可靠性高、易于与其他射频及控制电路集成到一块印制板上等优点。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种宽带射频取样混频器，包括：产生脉冲信号的脉冲发生器、传输脉冲信号的微带线-槽线转换巴伦和肖特基二极管取样门管电路；

脉冲发生器产生开关脉冲信号，该开关脉冲信号首先通过微带线-槽线转换巴伦，把开关脉冲信号分为大小相等、相位相差180度的两个脉冲信号，然后把两个脉冲信号加载在取样门管电路，取样门管电路由放在共面波导上的一个肖特基取样二极管对组成，脉冲信号相当于控制取样二极管对的开关，只要脉冲幅度大于取样二极管的导通电压，取样二极管对导通，开通取样门管电路，对输入的射频信号取样；取样后的信号由后级的中频放大电路进行放大，然后输出至数字电路部分进行处理。

可选地，所述脉冲发生器包括：射频变压器、推动电感、rc滤波电路、高阻传输线和阶跃恢复二极管；

将输入的本振信号经过射频变压器进行阻抗变换，再经电感推动，经过rc滤波电路和高阻线加到阶跃恢复二极管上，高阻线相当于电感，阻止高频分量返回到本振输入端；

阶跃恢复二极管产生谐波分量，谐波频率覆盖2mhz-6ghz。

可选地，所述取样门管电路中，射频信号从射频输入端进入共面波导，电场方向指向两边的地，分别加到取样二极管上，取样二极管电压等幅同相；

脉冲发生器产生的开关脉冲信号从微带线耦合到槽线中，向开路线端传输的信号经开路线反射后，反射信号具有180°相移，正好与向取样二极管方向传输的信号同相相加，合成后向取样二极管传输，在两个二极管上产生等幅反相电压；微带线-槽线转换巴伦将脉冲发生器产生的非平衡取样脉冲转换成一对等幅、反相的平衡脉冲，平衡脉冲沿槽线传输，最后加到取样二级管上。

可选地，在所述取样二极管处，脉冲信号为控制二极管开关的采样信号，射频信号只在二极管开关导通的时候才经过取样二极管到达采样桥电路输出，利用脉冲信号完成对射频信号的采样过程。

可选地，在所述槽线上传输的信号以奇模形式传输，加在共面波导上的微波信号以偶模形式传输，这两种模式相互隔离。

本发明还提出了一种宽带射频取样混频方法，通过脉冲发生器产生开关脉冲信号，该开关脉冲信号首先通过微带线-槽线转换巴伦，把开关脉冲信号分为大小相等、相位相差180度的两个脉冲信号，然后把两个脉冲信号加载在取样门管电路，取样门管电路由放在共面波导上的一个肖特基取样二极管对组成，脉冲信号相当于控制取样二极管对的开关，只要脉冲幅度大于取样二极管的导通电压，取样二极管对导通，开通取样门管电路，对输入的射频信号取样；取样后的信号由后级的中频放大电路进行放大，然后输出至数字电路部分进行处理。

可选地，所述脉冲发生器包括：射频变压器、推动电感、rc滤波电路、高阻传输线和阶跃恢复二极管；

将输入的本振信号经过射频变压器进行阻抗变换，再经电感推动，经过rc滤波电路和高阻线加到阶跃恢复二极管上，高阻线相当于电感，阻止高频分量返回到本振输入端；

阶跃恢复二极管产生谐波分量，谐波频率覆盖2mhz-6ghz。

可选地，所述取样门管电路中，射频信号从射频输入端进入共面波导，电场方向指向两边的地，分别加到取样二极管上，取样二极管电压等幅同相；

脉冲发生器产生的开关脉冲信号从微带线耦合到槽线中，向开路线端传输的信号经开路线反射后，反射信号具有180°相移，正好与向取样二极管方向传输的信号同相相加，合成后向取样二极管传输，在两个二极管上产生等幅反相电压；微带线-槽线转换巴伦将脉冲发生器产生的非平衡取样脉冲转换成一对等幅、反相的平衡脉冲，平衡脉冲沿槽线传输，最后加到取样二级管上。

可选地，在所述取样二极管处，脉冲信号为控制二极管开关的采样信号，射频信号只在二极管开关导通的时候才经过取样二极管到达采样桥电路输出，利用脉冲信号完成对射频信号的采样过程。

可选地，在所述槽线上传输的信号以奇模形式传输，加在共面波导上的微波信号以偶模形式传输，这两种模式相互隔离。

本发明的有益效果是：

(1)脉冲发生器能产生幅度更高、相位噪声更好的脉冲波形；

(2)微带槽线巴伦插入损耗更小，带宽更宽，能减少微波脉冲信号的反射，更利于传输；

(3)取样混频产生的中频信号幅度高，信号纯净度好，更易于后面的电路处理；

(4)整体电路可以集成在一块印制板上，体积小，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种宽带射频取样混频器的原理框图；

图2为本发明的脉冲发生器的电路图；

图3为本发明的取样门管电路的电路结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有的宽带取样混频器采用微波混合集成的方法，在腔体中通过微带片，金线金网将裸芯片、薄膜电阻等连接到一起，形成宽带取样混频器模块，然后通过穿心电容外接电源控制取样器的工作，输入输出信号通过接头与外界实现信号交流，具有一致性差、结构复杂、成本高、可靠性低等缺点，且不利于和其他部分电路集成到一起。

本发明在印制板上通过一定的结构来实现宽带取样混频电路，以克服现有的宽带取样混频器的缺陷，相对于传统的混合集成电路，本发明的电路具有一致性好、集成度高、成本低、可靠性高、易于与其他射频及控制电路集成到一块印制板上等优点。

如图1所示，本发明的取样混频器包括：产生脉冲信号的脉冲发生器，传输脉冲信号的微带线-槽线转换巴伦和肖特基二极管取样门管电路。

脉冲发生器产生极窄开关脉冲信号，该极窄开关脉冲信号含有丰富谐波，因此，该极窄开关脉冲信号首先通过微带线-槽线转换巴伦，把开关脉冲信号分为大小相等、相位相差180度的两个脉冲信号，然后把两个脉冲信号加载在取样门管电路，取样门管电路由放在共面波导上的一个肖特基取样二极管对组成，脉冲信号相当于控制二极管对的开关，只要脉冲幅度大于取样二极管的导通电压，二极管对导通，便可开通取样门管电路，对输入的射频信号取样；取样后的信号由后面的中频放大电路进行放大，然后输出至数字电路部分进行处理。

脉冲发生器为宽带取样混频器提供脉冲波形，脉冲的产生一般用阶跃恢复二极管(srd)来实现。由于在正弦信号的作用下，阶跃恢复二极管会呈现于普通二极管不同的特性。对普通二极管，正向时导通，反向时截止(仅仅有极小的反向饱和电流)，而阶跃恢复二极管在电压反向时，并不立即截止，而继续有很大的反向电流流过，直到某一时刻才迅速跳变为截止，所以在其两端形成一个很窄的阶跃脉冲波形。

如图2所示，脉冲发生器的组成部分包括：射频变压器、推动电感l、匹配电路rc、高阻传输线和srd管(阶跃恢复二极管)，将输入的50mhz低本振信号经过变压器进行阻抗变换(变压器在电路板背面)，再经电感推动，经过rc滤波电路和高阻线加到阶跃恢复二极管上，高阻线相当于电感，起到阻止高频分量返回到本振输入端的作用，阶跃恢复二极管产生丰富的谐波分量，谐波频率覆盖2mhz-6ghz，产生的脉冲信号幅度高，相位噪声好，同时电路能阻止脉冲信号返回本振输入端，提高本振和射频中频的隔离度。

取样门管电路的结构如图3所示，射频信号从射频输入端进入共面波导，电场方向指向两边的地，分别加到取样二极管上，其电压等幅同相。脉冲发生器产生的脉冲信号从下面的微带线耦合到上面的槽线中，向开路线(1/4波长槽线开路线)端传输的波经开路线反射后，反射波具有180°相移，正好与向取样二极管方向传输的波同相相加，合成后向取样二极管传输，在两个二极管上产生等幅反相电压。这样微带线-槽线转换巴伦就将阶跃恢复二极管产生的非平衡取样脉冲转换成一对等幅、反相的平衡脉冲，它们沿槽线传输，最后加到取样二级管上。

如图3所示，在取样二极管处，脉冲信号近似为控制二极管开关的采样信号，而射频信号只在开关导通的时候才能经过取样二极管到达下面的采样桥电路输出，这样利用了脉冲信号完成对射频信号的采样过程。

在槽线上传输的信号以奇模形式传输，加在共面波导上的微波信号是以偶模形式传输，这两种模式相互隔离，因而本振端口和射频端口的隔离可做的很高。

微带线-槽线转换巴伦，采用微带线和槽线转换结构，由于1/4波长槽线开路线的使用，使得微带槽线巴伦具有很小的插入损耗与驻波系数，更利于微波脉冲信号的传输。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。