一种X波段到W波段的高性能GaAs八倍倍频器的制作方法

本实用新型涉及无线通信领域，具体地，涉及一种X波段到W波段的高性能GaAs八倍倍频器。

背景技术：

根据频率划分，毫米波一般是指的波长介于1mm-10mm的电磁波，其中W波段是毫米波中的重要频段，随着无线通信的发展，W波段高次倍频器得到了广泛的应用，应用范围包括该波段的雷达/基站信号收发系统、测试仪表仪器等。在此前提下，人们对倍频器芯片提出了越来越高的要求，如超宽带、高次倍频、高谐波抑制度、低功耗和小型化等。

倍频器芯片(FM，Frequency Multiplier)是用作各类信号源模块或系统的信号频率倍增的器件，无论作为单独工作倍频器件还是集成于大型复杂信号源系统中，均起着核心作用。应用于雷达、基站、仪表仪器等产品。因此，高次倍频、高性能的倍频器芯片，对于提高系统性能起到了关键性的作用。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提供一种X波段到W波段的高性能GaAs8倍倍频器，

本实用新型采用下述的技术方案：

一种X波段到W波段的高性能GaAs八倍倍频器，包括四倍倍频器、缓冲器、二倍倍频器、输出放大器，所述四倍倍频器、缓冲器、二倍倍频器、输出放大器依次串联连接，所述四倍倍频器的输入端连接外电路的输出端，所述输出放大器的输出端连接外电路的输入端；

所述四倍倍频器包括输入匹配电路、第一场效应管，所述输入匹配电路和第一场效应管的栅端串联连接；所述缓冲器包括第一级级间匹配电路、第二场效应管，所述第一级级间匹配电路和第二场效应管的栅端串联连接；所述二倍倍频器包括第二级级间匹配电路、第三场效应管，所述第二级级间匹配电路和第三场效应管的栅端串联连接；所述输出放大器包括第三级级间匹配电路、第四场效应管、第四级级间匹配电路、第五场效应管、第五级级间匹配电路、第六场效应管、输出匹配电路，所述第三级级间匹配电路、第四场效应管、第四级级间匹配电路、第五场效应管、第五级级间匹配电路、第六场效应管依次串联连接；

所述输入匹配电路、第二级级间匹配电路的下端均设有栅端偏置电路，所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管的漏端均设有漏端偏置电路，源极均接地。

优选的，所述栅端偏置电路包括R1电阻、电阻R2、微带线M1、电容C1、电容C2、电容C3，所述R1电阻、电阻R2、微带线M1串联连接，R1电阻上端连接Vg端，所述电容C1、电容C2并联连接后左端连接在R1电阻和电阻R2之间的连接线路上，右端接地，所述电容C3左端连接R2下端，右端接地，所述微带线M1的下端连接输入匹配电路、第二级级间匹配电路。

优选的，所述漏端偏置电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、微带线M2、电容C4、电阻R6、电容C5、电容C6，所述电阻R3、电阻R4、电阻R5、微带线 M2依次串联连接，R3的上端连接Vd端，微带线M2的下端连接述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管的漏端，所述电容C4和电阻R6串联连接后与电容C5并联，所述电容C4、电容 C5的左端均连接在电阻R3和电阻R4之间的连接线路上，所述电容C5、电阻R6 的右端均接地，所述电容C6的左端连接在电阻R4和电阻R5之间的连接线路上， C6的右端接地。

优选的，所述输入匹配电路包括电感L1、电感L3、电容C7、微带线M3、电感L2，所述电感L1、电感L3、电容C7、微带线M3依次串联连接，所述电感 L1的左端连接外电路的输出端，微带线M3的右端连接第一场效应管的栅端，所述电感L2的上端连接在电感L1和电感L3之间的连接线路上，下端接地。

优选的，所述第一级级间匹配电路包括电容C8、电容C9、电容C10、微带线M4、微带线M5，所述电容C8、电容C9、电容C10、微带线M4、微带线M5依次串联连接，所述电容C8的左端连接第一场效应管的漏端，微带线M5的右端连接第二场效应管的栅端，所述电容C8和电容C9之间、电容C9和电容C10之间、电容C10和微带线M4之间、微带线M4和微带线M5之间均分别设有微带线 M6、微带线M7、微带线M8、微带线M9。

优选的，所述第二级级间匹配电路包括电容C11、微带线M10、电容C12、微带线M11，所述电容C11、微带线M10、电容C12、微带线M11依次串联连接，所述电容C11的左端连接第二场效应管的漏端，微带线M11的右端连接第三场效应管的栅端，所述微带线M10、电容C12之间连接的线路上设有微带线M12。

优选的，所述第三级级间匹配电路包括电容C13、微带线M13、微带线M14，所述电容C13、微带线M13、微带线M14依次串联连接，所述电容C13的左端连接第三场效应管的漏端，微带线M14的右端连接第四场效应管的栅端，所述电容C13和微带线M13之间的连接线路上设有微带线M16，微带线M13和微带线 M14之间的线路上设有微带线M17、微带线M18。

优选的，所述第四级级间匹配电路包括电容C14、微带线M19、微带线M20、微带线M21，所述电容C14、微带线M19、微带线M20、微带线M21依次串联连接，所述电容C14的左端连接第四场效应管的漏端，微带线M21的右端连接第五场效应管的栅端，所述微带线M19和微带线M20之间的连接线路上设有微带线M22，所述微带线M20和微带线M21之间的线路上设有微带线M23、微带线M24。

优选的，所述第五级级间匹配电路包括微带线M25、电容C15、微带线M26、微带线M27，所述微带线M25、电容C15、微带线M26、微带线M27依次串联连接，微带线M25的左端连接第五场效应管的漏端，所述微带线M27的右端连接第六场效应管的栅端，所述微带线M25和电容C15之间的线路上设有微带线M31，所述微带线M26、微带线M27之间的线路上设有微带线M28，所述微带线M28的下端设有微带线M29、微带线M30。

优选的，所述输出匹配电路包括电容C16、微带线M32、微带线M33、微带线M34，所述电容C16、微带线M32、微带线M33、微带线M34依次串联连接，所述电容C16的左端连接第六场效应管的漏端，所述微带线M34的右端连接外电路的输入端，所述微带线M32和微带线M33之间的线路上设有微带线M35，所述微带线M33和微带线M34之间的线路上设有微带线M36。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用特殊匹配结构，在完成阻抗匹配的同时，兼顾提供直流及抑制非目标谐波信号；本实用新型提供的核心芯片倍频次数高、输出频率高，可广泛应用与雷达、通信、仪器仪表应用程序以及被动或主动成像。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，而非对本实用新型的限制。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的信号通路结构示意图；

图3为本实用新型的栅端偏置电路示意图；

图4为本实用新型的漏端偏置电路示意图；

图5为本实用新型的输入匹配电路示意图；

图6为本实用新型的第一级级间匹配电路示意图；

图7为本实用新型的第二级级间匹配电路示意图；

图8为本实用新型的第三级级间匹配电路示意图；

图9为本实用新型的第四级级间匹配电路示意图；

图10为本实用新型的第五级级间匹配电路示意图；

图11为本实用新型的输出匹配电路示意图；

图12为本实用新型的输入回波损耗图；

图13为本实用新型的输出回波损耗图；

图14为本实用新型的相邻谐波输出功率测试结果图。

图中所示：

其中，1-电阻R1，2-电阻R2，3-微带线M1，4-电容C1，5-电容C2，6-电容C3，7-电阻R3、8-电阻R4，9-电阻R5，10-微带线M2，11-电容C4，12-电阻R6，13-电容C5，14-电容C6，15-电感L1，16-电感L3，17-电容C7，18-微带线M3，19-电感L2，20-电容C8，21-电容C9，22-电容C10，23-微带线M4， 24-微带线M5，25-微带线M6，26-微带线M7，27-微带线M8，28-微带线M9，29- 电容C11，30-微带线M10，31-电容C12，32-微带线M11，33-微带线M12，34- 电容C13，35-微带线M13，36-微带线M14，37-微带线M16，38-微带线M17，39- 微带线M18，40-电容C14，41-微带线M19，42-微带线M20，43-微带线M21，44- 微带线M22，45-微带线M23，46-微带线M24，47-微带线M25，48-电容C15，49- 微带线M26，50-微带线M27，51-微带线M28，52-微带线M29，53-微带线M30， 54-微带线M31，55-电容C16，56-微带线M32，57-微带线M33，58-微带线M34， 59-微带线M35，60-微带线M36,61-第一场效应管，62-第二场效应管，63-第三场效应管，64-第四场效应管，65-第五场效应管。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1至图2所示，一种X波段到W波段的高性能GaAs八倍倍频器，包括包括四倍倍频器、缓冲器、二倍倍频器、输出放大器，所述四倍倍频器、缓冲器、二倍倍频器、输出放大器依次串联连接，所述四倍倍频器的输入端连接外电路的输出端，所述输出放大器的输出端连接外电路的输入端；

所述四倍倍频器包括输入匹配电路、第一场效应管61，所述输入匹配电路和第一场效应管61的栅端串联连接；所述缓冲器包括第一级级间匹配电路、第二场效应管62，所述第一级级间匹配电路和第二场效应管62的栅端串联连接；所述二倍倍频器包括第二级级间匹配电路、第三场效应管63，所述第二级级间匹配电路和第三场效应管63的栅端串联连接；所述输出放大器包括第三级级间匹配电路、第四场效应管64、第四级级间匹配电路、第五场效应管65、第五级级间匹配电路、第六场效应管66、输出匹配电路，所述第三级级间匹配电路、第四场效应管、第四级级间匹配电路、第五场效应管65、第五级级间匹配电路、第六场效应管66依次串联连接，所述输入匹配电路的输入端连接外电路的输出端，所述输出匹配电路的输出端连接外电路的输入端；

所述输入匹配电路、第二级级间匹配电路的下端均设有栅端偏置电路，所述第一场效应管61、第二场效应管62、第三场效应管63、第四场效应管64、第五场效应管65、第六场效应管66的漏端均设有漏端偏置电路，源极均接地。所述四倍倍频器与二倍倍频器的栅端偏置电路是需要外接负偏电压，而缓冲器与输出放大器的栅端不需要外接负偏电压，是由相应的级间匹配电路微带线连接到地给栅端提供零偏压。所述输出放大器电路是由3级场管串联放大电路组成，各个偏置电路与级间匹配电路在完成阻抗匹配的作用的同时，兼顾提供直流电及有效的抑制非8次谐波功能。

如图3所示，所述栅端偏置电路包括电阻R1(1)、电阻R2(2)、微带线 M1(3)、电容C1(4)、电容C2(5)、电容C3(6)，所述电阻R1(1)、电阻R2(2)、微带线M1(3)串联连接，电阻R1(1)上端连接Vg端，所述电容 C1(4)、电容C2(5)并联连接后左端连接在电阻R1(1)和电阻R2(2)之间的连接线路上，右端接地，所述电容C3(6)左端连接电阻R2(2)的下端，右端接地，所述微带线M1(3)的下端连接输入匹配电路、第二级级间匹配电路。所述电阻R1(1)、电阻R2(2)、电容C1(4)和电容C2(5)用来滤掉低频的信号，同时保证直流电压可以稳定输入，不受射频电路干扰；电容C3(6)作为去耦电容可以防止高频自激；串联的微带线M1(3)代替电感的作用，防止信号传输线的信号向供电端泄露，并且参与级间阻抗匹配。

如图4所示，所述漏端偏置电路包括电阻R3(7)、电阻R4(8)、电阻R5 (9)、微带线M2(10)、电容C4(11)、电阻R6(12)、电容C5(13)、电容C6(14)，所述电阻R3(7)、电阻R4(8)、电阻R5(9)、微带线M2(10) 依次串联连接，电阻R3(7)的上端连接Vd端，微带线M2(10)的下端连接述第一场效应管61、第二场效应管62、第三场效应管63、第四场效应管64、第五场效应管65、第六场效应管66的漏端，所述电容C4(11)和电阻R6(12) 串联连接后与电容C5(13)并联连接，所述电容C4(11)、电容C5(13)的左端均连接在电阻R3(7)和电阻R4(8)之间的连接线路上，所述电容C5(13)、电阻R6(12)的右端均接地，所述电容C6(14)的左端连接在电阻R4(8)和电阻R5(9)之间的连接线路上，C6(14)的右端接地。所述电阻R3(7)和电阻R6(12)与串联的电容C4(11)用来滤掉低频的信号，同时保证直流电压可以稳定输入，不受射频电路干扰；电容C5(13)与电容C6(14)作为去耦电容可以防止高频自激；所述电阻R4(8)和电阻R5(9)可以提供压降，把电压降到设计需求电压，达到低功耗的目的；串联的微带线M2(10)代替电感的作用，防止信号传输线的信号向供电端泄露，并且参与级间阻抗匹配。

如图5所示，所述输入匹配电路包括电感L1(15)、电感L3(16)、电容 C7(17)、微带线M3(18)、电感L2(19)，所述电感L1(15)、电感L3(16)、电容C7(17)、微带线M3(18)依次串联连接，所述电感L1(15)的左端连接外电路的输出端，微带线M3(18)的右端连接第一场效应管61的栅端和栅端偏置电路中微带线M1(3)上，所述电感L2(19)的上端连接在电感L1(15)和电感L3(16)之间的连接线路上，下端接地。电感L1(15)、电感L2(19)、电感L3(16)和电容C7(17)是将输入源的阻抗匹配到第一级场管61的输入阻抗,且电容C7(17)的作用不仅是参与阻抗匹配，且它将栅端输入的负偏电压与前面的匹配的接地电感进行直流隔断，防止栅端的负偏压短路。

如图6所示，所述第一级级间匹配电路包括电容C8(20)、电容C9(21)、电容C10(22)、微带线M4(23)、微带线M5(24)，所述电容C8(20)、电容C9(21)、电容C10(22)、微带线M4(23)、微带线M5(24)依次串联连接，所述电容C8(20)的左端连接第一场效应管61的漏端，微带线M5(24) 的右端连接第二场效应管62的栅端，所述电容C8(20)和电容C9(21)之间、电容C9(21)和电容C10(22)之间、电容C10(22)和微带线M4(23)之间、微带线M4(23)和微带线M5(24)之间均分别设有微带线M6(25)、微带线 M7(26)、微带线M8(27)、微带线M8(28)，所述微带线M6(25)、微带线 M7(26)、微带线M8(27)的下端均接地。所述电容C8(20)、电容C9(21)、电容C10(22)与并联到地的微带线M6(25)、微带线M7(26)、微带线M8(27) 构成三级高通滤波器，滤除四倍倍频器的输出的低于4次的谐波信号。串联的微带线M4(23)、微带线M5(24)与并联的微带线M8(28)构成低通滤波器，滤除四倍倍频器的输出的高于4次的谐波信号；且该结构还具有阻抗匹配的作用。串联的电容C8(20)不仅是参与滤波作用，且它将漏端输入的正偏电压与后面的匹配的接地微带线进行直流隔断，防止漏端的正压馈电短路。

如图7所示，所述第二级级间匹配电路包括电容C11(29)、微带线M10(30)、电容C12(31)、微带线M11(32)，所述电容C11(29)、微带线M10(30)、电容C12(31)、微带线M11(32)依次串联连接，所述电容C11(29)的左端连接第二场效应管62的漏端，微带线M11(32)的右端连接第三场效应管63的栅端，所述微带线M10(30)、电容C12(31)之间连接的线路上设有微带线M12 (33)，所述微带线M12(33)的下端接地。所述电容C11(29)、电容C12(31) 和串联的微带线M10(30)、微带线M11(32)与并联到地的微带线M12(33) 构成级间匹配电路，将第二场效应管的输出阻抗匹配到第三场效应管的输入阻抗。串联的电容C11(29)不仅是参与匹配作用，且它将漏端输入的正偏电压与后面的匹配的接地微带线进行直流隔断，防止漏端的正压馈电短路。

如图8所示，所述第三级级间匹配电路包括电容C13(34)、微带线M13(35)、微带线M14(36)，所述电容C13(34)、微带线M13(35)、微带线M14(36) 依次串联连接，所述电容C13(34)的左端连接第三场效应管63的漏端，微带线M14(36)的右端连接第四场效应管64的栅端，所述电容C13(34)和微带线M13(35)之间的连接线路上设有微带线M16(37)，微带线M13(35)和微带线M14(36)之间的线路上设有微带线M17(38)、微带线M18(39)，所述微带线M18(39)的下端接地。其中微带线M16(37)、微带线M13(35)与微带线M17(38)构成低通滤波器，滤除二倍倍频器的输出的高于2次的谐波信号。串联的微带线M14(36)与并联到地的微带线M18(39)构成高通滤波器，滤除二倍倍频器的输出的基波信号，且该结构还具有阻抗匹配的作用。串联的电容 C13(34)将漏端输入的正偏电压与后面串联接地微带线进行直流隔断，防止漏端的正压馈电短路。

如图9所示，所述第四级级间匹配电路包括电容C14(40)、微带线M19(41)、微带线M20(42)、微带线M21(43)，所述电容C14(40)、微带线M19(41)、微带线M20(42)、微带线M21(43)依次串联连接，所述电容C14(40)的左端连接第四场效应管64的漏端，微带线M21(43)的右端连接第五场效应管65 的栅端，所述微带线M19(41)和微带线M20(42)之间的连接线路上设有微带线M22(44)，所述微带线M20(42)和微带线M21(43)之间的线路上设有微带线M23(45)、微带线M24(46)，所述微带线M24(46)的下端接地。所述微带线M19(41)、微带线M22(44)、微带线M20(42)与微带线M18(39) 构成低通滤波器，加强抑制经后级放大器放大的二倍倍频器的输出的高于2次的谐波信号。串联的微带线M24(46)与并联到地的微带线M23(45)构成高通滤波器，加强抑制经后级放大器放大的二倍倍频器的输出的基波信号；且该结构还具有阻抗匹配的作用。所述串联的电容C14(40)将漏端输入的正偏电压与后面串联接地微带线进行直流隔断，防止漏端的正压馈电短路。

如图10所示，所述第五级级间匹配电路包括微带线M25(47)、电容C15 (48)、微带线M26(49)、微带线M27(50)，所述微带线M25(47)、电容 C15(48)、微带线M26(49)、微带线M27(50)依次串联连接，微带线M25 (47)的左端连接第五场效应管65的漏端，所述微带线M27(50)的右端连接第六场效应管66的栅端，所述微带线M25(47)和电容C15(48)之间的线路上设有微带线M31(54)，所述微带线M26(49)、微带线M27(50)之间的线路上设有微带线M28(51)，所述微带线M28(51)的下端设有微带线M29(52)、微带线M30(53)，所述微带线M29(52)的下端接地。其中微带线M25(47)、微带线M31(54)构成低通滤波器，加强抑制经后级放大器放大的二倍倍频器的输出的高于2次的谐波信号。微带线M26(49)、微带线M30(53)、微带线 M28(51)、微带线M29(52)与微带线M27(50)构成高通滤波器，加强抑制经后级放大器放大的二倍倍频器的输出的基波信号，且该结构还具有阻抗匹配的作用。串联的电容C15(48)将漏端输入的正偏电压与后面串联接地微带线进行直流隔断，防止漏端的正压馈电短路。

如图11所示，所述输出匹配电路包括电容C16(55)、微带线M32(56)、微带线M33(57)、微带线M34(58)，所述电容C16(55)、微带线M32(56)、微带线M33(57)、微带线M34(58)依次串联连接，所述电容C16(55)的左端连接第六场效应管66的漏端，所述微带线M34(58)的右端连接外电路的输入端，所述微带线M32(56)和微带线M33(57)之间的线路上设有微带线M35 (59)，所述微带线M33(57)和微带线M34(58)之间的线路上设有微带线M36 (60)。所述微带线M32(56)、微带线M35(59)、微带线M33(57)、微带线M36(60)与微带线M34(58)构成低通滤波器，抑制整个芯片倍频输出的低于8次的谐波信号。且该结构还具有阻抗匹配的作用，是将第六场效应管66的输出阻抗匹配到负载阻抗上，减小输出驻波。串联的电容C16(55)将漏端输入的正偏电压与后面输出端口进行直流隔断，保护测试仪器及负载等。

如图12、图13所示，由测试结果可以看出，在11GHz-11.5GHz该芯片的输入回波损耗大于11dB，输入信号能很好的传输到芯片内部进行倍频。经8次倍频后，在88GHz-92GHz该芯片输出回波损耗大于7dB，输出的倍频信号能较好的传输到负载中。

当输入频率为11GHz-11.5GHz，输入信号功率为9.5dBm时，芯片目标输出信号H8，与相邻谐波信号H7与H9的输出功率情况如图14所示，可以看出该芯片对目标输出信号的相邻谐波信号的抑制高于30dBc，具有较好的谐波抑制的功能。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。