专利名称：用于向下变换微波信号频率的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于向下变频微波信号的装置。
用于接收微波信号的下变频器是众所周知的，如作为所谓直接广播卫星(DBS)接收系统一部分的下变频器。
如今的DBS信号是在12GHz的频带中，且相应的器件(如高电子迁移率晶体管(HEMT)是大批量生产而且是低成本的。
根据K.Imai和H.Nakakita的文章“22GHz-BandLow-NoiseDown-ConverterforSatelliteBroadcastReceivers”，IEEETRANSACTIONSONMICROWAVETHEORYANDTECHNIQUES，Vol39，6.Jnue1991，22.5～23.0GHz的频段在1979年被分配给ITU第2和3区，以用于WorldAdministrativeRadioConference(WARC)即世界无线电管理同盟的直接对家庭的卫星广播服务。预计该频段将来还会被用于新的媒介服务，如数字广播的整体服务(ISDB)及数字高清晰度电视(HDTV)。
在所述文章中给出了一种低噪声下变频器，其中已采用了可在商业上得到的用于12GHz频段直接对家庭广播接收器的半导体和电介质材料。
为实现所述文章中的下变频器，采用了频率为21.4GHz的昂贵的本机振荡器，并需要有昂贵的芯片器件和导线连接组装技术。
本发明的一个目的，是通过仅仅采用已经能商业性地大批量获取的器件(特别是封装器件)，来降低下变频器(downconverter)的成本。
根据第一种方案，微波下变频器(尤其是用于22GHz波段信号的)带有一第一混频器，相应地本机振荡信号被馈入该混频器，且该混频器把接收的信号转换到一第一中频段。另外，还设有第二混频器，它接收相应的第二本机振荡器信号并把第一中频段的信号转换到一第二中频段。
通过采用双重转换，必须滤除的图象频率，就不象采用单次转换的下变频器中那样离信号频率那么近。因而象频干扰抑制(imagerejection)滤波要求的程度就可降低，从而可把带通滤波器作成印制在聚四氟乙烯(Teflon)-玻璃衬底上的平行耦合微波带状线路的形式。这种滤波器不需要通孔、附件及制作后的校准。
若第一中频段的频率处于12GHzDBS频率范围内，对于第二个混频器来说，就可采用一通常用于12GHzDBS系统的器件，而且能在更大程度上降低根据本发明的下变频器的成本。
对于两个混频器可用基本上相同频率的本机振荡信号。这可通过采用两个在同一频率范围内产生信号的本机振荡器来实现。
也可只用一个本机振荡器，从中导出两个本机振荡信号。这是降低生产成本的另一步骤。
在第二种方案中，只设置了一个混频器，它用一个次谐波混频器来实现。因而只需要用一个混频器来产生信号，该信号能用可商业性获得的器件处理。
尤其在那些下变频器用于在22GHz波段(也可包括20～25GHz的范围)中收到的DBS信号的情况下，可实现家庭中安装的低成本低噪声下变频器。在此情况下，第二中频率适用于对相应室内单元的输入、可只采用已能在12GHzDBS市场上商业地获得的封装器件，该器件用适于大规模生产的回流(reflow)焊接技术，装在包着铜的聚四氟玻璃衬底上。
在下列结合附图的实施例中，将进一步描述本发明的特征、细节和优点。在附图中
图1显示了带有双重转换的第一实施例的框图。
图2显示了图1的实施例的线路图;
图3显示了带有次谐波混频器的第二实施例的框图;
图4显示了图3的实施例的线路图;
图1显示了一最佳实施例的框图。一个在频率范围21.4-22GHz中的所接收微波信号，经输入端10被馈入低噪声放大器(LNA)11的输入端。LNA11的输出信号经第一带通滤波器12被连到第一混频器13。混频器13还接收频率为10.15GHz的第一本机振荡信号LO1;该信号由本机振荡器14产生。振荡器14可用电介质共振振荡器(DRO)来实现。
混频器13的输出是在范围11.25-11.85GHz中的第一中频信号IF1;上述范围落在用于12GHzDBS产品的器件的范围内。
信号IF1被送至第二混频器15，该混频器可用GaAs单片微波集成电路(MMIC)的一部分来实现。在TO-5封装中的该产品，是为12GHzDBS转换器而销售的。在此实施例中，用于混频器15的本机振荡信号(LO2)也是由本机振荡器14产生的。第二混频器15的输出信号IF2在范围1.10-1.70GHz中，并可经输出端16被送到图中未显示的接收装置(如DBS系统的室内单元)。
图2显示了根据图1的框图的下变频器的电路图。LNA11包括两个高电子迁移率晶体管(HEMT)19、20。HEMT19、20的各个栅极分别连到匹配电路21、22，并分别连到各自包括印刷电感器、电阻和电容器的网络23、24。电容器均接地，而电阻则连到负电压U-。
HEMT19、20的各个漏极分别连到匹配电路25、26及网络27、28;网络27、28各包括印刷电感器、电阻及电容器。这些电容器接地，而电阻连到正电压U+。
在匹配电路25和22之间，设有一印刷电容29，用于阻断DC电压。
第一带通滤波器12，是用两部分(two-section)平行耦合微波带状线带通滤波器来实现的。这种滤波器不需要通孔、不需要附加器件及制作后的校准。该两部分滤波器在22GHz波段上测得的引入损耗为0.5dB，而回程(return)损耗大于17dB。
第一混频器13包括混频晶体管30，它在本实施例中是用HEMT来实现的，其栅极与匹配电路31和网络32相耦合，网络32包括印刷电感器、电阻、和电容器;电容器接地，而电阻则连到负电、压U-。HEMT30的漏极连到另一匹配电路34及网络33，网络33也包括一印刷电感器、接地的电容器、及连到正电压U+的电阻。
匹配电路34把HEMT34的漏极连到分离IF1和LO1频率的双工器。该双工器是由两个四部分(four-section)平行耦合印刷微波带状线带通滤波器实现的。测得的该混频器的转换增益为6.0dB，噪声值小于6dB。
在HEMT19、20、30的最佳实施例中，采用了MITSUBISHI的器件MGF4317C，这是一种栅极长度为0.25μm的InGaAsHEMT并以用于12GHzDBS应用的70mil微波带状线封装形式出售。这些晶体管在12GHz下通常有0.65dB的噪声值且相应增益为12dB。
LNA11是用带有印刷在0.4mm厚的聚四氟乙烯-玻璃被底上的微波带状线匹配和DC偏置电路的两级设计来实现的，并可用标准的光刻技术来实现。测得的LNA11性能显示出，它在21.4至22.0GHz的频带中有大于22dB的增益和小于1.6dB的噪声值。
第二混频器15包括在GaAs单片微波集成电路(MMIC)15′中，如ANADIGICS器件AKD12000下变频器MMIC。该MMIC15′还包括处在输入信号频率的放大器、处在中频的放大器、本机振荡晶体管及滤波器。
本实施例中使用的本机振荡器14是MURATA器件MQB007DRO，它是可商业地得到的电介质共振振荡器(DRO)并以用于12GHz应用的密封封装形式出售。
在振荡器14和混频器13、15之间，设有一微波带状线分频器35。
采用上述电路，就制成了一典型的下变频器，它在21.4至22.0GHz的频带上有大于55dB的增益和小于1.8dB的噪声。
图3和4显示了第二实施例，它采用了由本机振荡器来进行次谐波驱动的单一混频器。用相同的标号表示与第一实施例中的具有相同作用和功能的装置和信号，而且对它们的说明也仅在对理解本发明来说是必须的时候才作出。
由第一带通滤波器12滤波后的微波信号被送到次谐波混频器100。此混频器还从本机振荡器14接收本机振荡信号LO1。从而产生了在第二中频带(1.1～1.7GHz)中的信号IF2，它可由放大器101放大。放大器101的输出经输出端16连到DBS系统的其他装置，如室内单元。
图4显示了次谐波混频器100的细节。来自滤波器12的信号经匹配电路102和电容器103被送到连接点。本机振荡信号LO1，经另一匹配电路108、一对反平行肖特基二极管对106和107、及另一匹配电路105，被送到同一连接点;该点进一步连到匹配电路104的第一端，电路104的另一端连到放大器101的输入端。
在典型情况下，采用一对在单一梁式引线封装(HEWLETT-PACKARDHSCH9251)中的反平行肖特基二极管对。该部件装在微波带状线电路中。采用开放电路抽头来提供必要的本机振荡器，且包括了二极管处的输入信号短路电路和微波带状线匹配电路。
这种构造的作用，是用二极管对的反对称性质来抑制基频混频分量并加强产生所需的IF2信号的、频率为本机振荡频率的两倍的输入微波信号的混频。当本机振荡驱动电平为7.4dBm时，在频带上测得的噪声值为6.5dB。
另外，应指出的是，两个实施例中的匹配电路，均包括用于分别缩减本机振荡频率或输入微波信号频率的适当装置。
最佳实施例的型式至少应包括下列变形之一
-采用两个(而不是一个)本机振荡器14;
-LO1和LO2除采用相同的本机振荡器频率之外，也可采用不同的频率。相应的信号可由例如不同的本机振荡器或分频器产生;
-本机振荡器可由诸如场效应管(FET)和电介质共振器的分立元件构成;
-本机振荡器14和第二混频器15可做成单一的MMIC;
-可把一个本机振荡器用于LO1，而电介质共振器耦合到下变频器MMIC15′，以提供LO2;
-第二混频器15可用分立元件而不是MMIC制成;
-可把其它HEMTs或FETs或肖特基二极管用于混频器13;
-可把其它HEMTs用于LNA11;
-可采用其它类型的带通滤波器结构，如叉指式线路(interdigitalline及梳状线路(cumb-lihe);
-LNA11和/或混频器13可用MMIC实现;
-在甚高频(EHF;30～300GHz)带中，尤其是44GHz频带的信号，可利用可处理12GHz或22GHz频带的信号的元件来作下频转换。
本发明的两种方案的目的都是用低成本(封装)器件来实现尽量好的噪声/增益组合。
已设计并实现了带有两个、三个或四个共振器的Chebyshev(切比雪夫)响应带通滤波器，它是由软衬底上的平行耦合微波带状线路实现的。对于双重下变频技术，一个两部分(two-section)滤波器是足够的，因为由于本机振荡信号和输入信号频率间的差很大，象频干扰抑制滤波的要求并不高。该滤波器在22GHz频带上测得的引入损耗为0.5dB，回程损耗为大于15dB。
对单一转换构造，达到50dB以上的象频干扰抑制则需要一种四部分设计。
权利要求
1.用于向下变换接收到的微波信号、特别是22GHzDBS频段中的信号的装置，它带有接受相应的第一本机振荡信号(LO1)的混频器(13)，以把接收信号转换到一个第一中频带(IF1)中，其特征在于设置了一个第二混频器(15)，它接受第二本机振荡信号(LO2)并把第一中频带中的信号(IF1)转换到第二中频带(IF2)中。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于第一中频带(IF1)位于12GHz DBS频带内且第二中频带(IF2)可与DBS系统的室内单元相兼容。
3.根据权利要求1或2的装置，其特征在于第一(LO1)和第二本机振荡信号的频率基本相同。
4.根据权利要求1至3中的任一项的装置，其特征在于第一(LO1)和第二(LO2)本机振荡信号是从同一本机振荡器(14)中导出的。
5.用于向下变换接收的微波信号、特别是22GHz DBS频带中的信号的装置，它带有接受相应的第一本机振荡信号(LO1)的混频器(100)，以把接收信号转到一中频带(IF2)，其特征在于混频器(100)是用次谐波混频器实现的。
6.根据权利要求5的装置，其特征在于中频带(IF2)可与DBS系统的室内单元相兼容。
7.根据权利要求1至6中任一项的装置，其特征在于只采用在单一印刷线路上的封装器件。
8.根据权利要求1至7中的任一项的装置，其特征在于接收信号在甚高频(EHF)带中。
全文摘要
本发明的目的是借助已上市的不太昂贵的装置，向下变换SHF信号，特别是22GHz频带中的信号。根据本发明，SHF信号得到双重转换，或采用次谐波混频器。本发明最适用于22GHz DBS系统。
文档编号H03D7/12GK1075386SQ93101450
公开日1993年8月18日 申请日期1993年2月11日 优先权日1992年2月11日
发明者克里斯托弗·豪森, 高晓英, 热拉尔·哈克, 藤本正博 申请人:汤姆森电子用品公司