改进型三平衡混频器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种混频器，具体是一种改进型三平衡混频器，用于射频、微波、毫米波电路设计。
【背景技术】
[0002]混频器在射频微波毫米波电路与系统中有着大量的应用，它是收发机系统的关键部件，一般用来实现数字/模拟基带电路的中频频率信号和可以被无线发射的射频微波毫米波等频段的高频信号之间的转化的重要功能。然而，随着无线通信、测量和雷达等领域的飞速发展，同一款收发机所需要的无线工作频带越来越宽。与此同时，输入和输出信号之间仍需要保持足够低的变频损耗，较低的信号失真和较高的隔离度，而且在很宽的工作频带内变频损耗随着频率的变化也应该较为稳定。
[0003]以传统的无源双平衡混频器为代表的很多混频器结构中，只有一组由四个完全相同的二极管首尾相连组成的闭合环路构成，限制了进一步拓展混频器工作频带的宽度。而在另一些相关的混频器文献与专利中，尽管通过采用两组分别由四个完全相同的二极管首尾相连组成的闭合环路构成的方式拓展了混频器的工作带宽，但是存在着变频损耗在宽带内变化范围较大，而且部分端口之间的隔离度较差的问题。
【实用新型内容】
[0004]实用新型目的:针对上述现有技术存在的问题和不足，本实用新型的目的是提供一种改进型三平衡混频器，能够在宽频段内一直保持较低的变频损耗，同时提供较高的信号隔离度。
[0005]技术方案:为实现上述实用新型目的，本实用新型采用的第一种技术方案为一种改进型三平衡混频器，包括两组分别由四个二极管首尾相连组成的闭合环路和三个信号端口:本振信号端，射频信号输入端和中频信号输出端；其中本振信号端提供外部电路的本地振荡源信号，射频信号输入端将需要被变频的信号导入，中频信号输出端导出中频输出信号；所述本振信号端和射频信号输入端分别由本振巴伦和射频巴伦构成，中频信号输出端由一个中频提取结构构成；第一组闭合环路由第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管阴极和阳极首尾相连组成，所述第一二极管的阴极和第三二极管的阴极分别与本振巴伦的平衡差分信号双端口 Out+和Out-连接，所述第四二极管的阴极和第二二极管的阴极分别与射频巴伦的平衡差分信号双端口 Out+和Out-连接；第二组闭合环路由第五二极管、第六二极管、第七二极管以及第八二极管阴极和阳极首尾相连组成，所述第五二极管、第六二极管、第七二极管以及第八二极管的阴极分别通过第一电感、第四电感、第二电感以及第三电感连接第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管；在第五二极管、第六二极管、第七二极管以及第八二极管的阴极分别引出第一混频信号、第四混频信号、第二混频信号以及第三混频信号，通过中频提取结构，最终提取出所需的中频输出信号。
[0006]优选的，所述第一二极管的阴极和第三二极管的阴极分别通过第一电容和第二电容与本振巴伦的平衡差分信号双端口 Out+和Out-连接，所述第四二极管的阴极和第二二极管的阴极分别通过第三电容和第四电容与射频巴伦的平衡差分信号双端口 Out+和Out-连接。
[0007]优选的，所述中频提取结构包括第五电感、第六电感、第七电感和第八电感，所述第五二极管和第七二极管的阴极分别通过第五电感和第六电感接地，所述第八二极管和第六二极管的阴极分别通过第七电感和第八电感得到所需的中频输出信号。更优选的，所述第七电感和第八电感输出中频输出信号的一端还通过第五电容接地。
[0008]优选的，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管的尺寸完全一致，所述第五二极管、第六二极管、第七二极管以及第八二极管的尺寸完全一致。
[0009]本实用新型采用的第二种技术方案为一种改进型三平衡混频器，包括两组分别由四个二极管首尾相连组成的闭合环路和三个信号端口:本振信号端，射频信号输入端和中频信号输出端；其中本振信号端提供外部电路的本地振荡源信号，射频信号输入端将需要被变频的信号导入，中频信号输出端导出中频输出信号；所述本振信号端和射频信号输入端分别由本振巴伦和射频巴伦构成，中频信号输出端由一个中频提取结构构成；第一组闭合环路由第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管阴极和阳极首尾相连组成，所述第一二极管的阴极和第三二极管的阴极分别与本振巴伦的平衡差分信号双端口 Out+和Out-连接，所述第四二极管的阴极和第二二极管的阴极分别与射频巴伦的平衡差分信号双端口 Out+和Out-连接；第二组闭合环路由第五二极管、第六二极管、第七二极管以及第八二极管阴极和阳极首尾相连组成，所述第五二极管、第六二极管、第七二极管以及第八二极管的阴极分别通过第一传输线、第四传输线、第二传输线以及第三传输线连接第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管；在第五二极管、第六二极管、第七二极管以及第八二极管的阴极分别引出第一混频信号、第四混频信号、第二混频信号以及第三混频信号，通过中频提取结构，最终提取出所需的中频输出信号。
[0010]优选的，所述第一二极管的阴极和第三二极管的阴极分别通过第一电容和第二电容与本振巴伦的平衡差分信号双端口 Out+和Out-连接，所述第四二极管的阴极和第二二极管的阴极分别通过第三电容和第四电容与射频巴伦的平衡差分信号双端口 Out+和Out-连接。
[0011]优选的，所述中频提取结构包括第五传输线、第六传输线、第七传输线和第八传输线，所述第五二极管和第七二极管的阴极分别通过相互耦合的第五传输线和第六传输线接地，所述第八二极管和第六二极管的阴极分别通过相互耦合的第七传输线和第八传输线得到所需的中频输出信号。更优选的，所述第七传输线和第八传输线输出中频输出信号的一端还通过第五电容接地。
[0012]优选的，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管的尺寸完全一致，所述第五二极管、第六二极管、第七二极管以及第八二极管的尺寸完全一致。
[0013]有益效果:本实用新型利用了两组二极管闭合环路完成混频并在两个环路的连接处提取出中频输出信号，实现了在非常宽的频段内一直保持较低的变频损耗，同时还提供较高的信号隔离度的改进型三平衡混频器。基于本设计构架，对于给定的工作频率，可以选择适合的巴伦方案设计和布版。与现有技术相比，本实用新型具有如下优点:
[0014]I)这种改进型三平衡混频器在射频微波毫米波电路的设计中易于集成于现有的半导体平面制造工艺线，电路所占用的面积较小，结构简单，易于实现，工作稳定，进而可以较好地和其它电路集成。
[0015]2)工作频带非常宽。这主要归功于该电路中采用了两组二极管闭合环路一起进行混频。
[0016]3)变频损耗变化小。这主要是由于该电路的中频提取结构避开了本振巴伦和射频输入巴伦，使得两个巴伦一直保持较为完整的电路结构，工作特性良好，因而在很宽的工作频带内，混频器的变频损耗能够一直保持较为稳定。
[0017]4)中频信号的隔离度好。这是由于本实用新型中将中频信号与本振巴伦和射频输入巴伦相隔离开，再加以专门设计的中频提取结构完成滤波，从而提高了中频信号与其他两个端口信号之间的隔离度。
【附图说明】
[0018]图1为改进型三平衡混频器的电路原理图；
[0019]图2为改进型三平衡混频器的电路原理图(含中频提取结构)；
[0020]图3为第一种可用于本振巴伦或者射频巴伦的代表性巴伦结构；
[0021]图4为第二种可用于本振巴伦或者射频巴伦的代表性巴伦结构。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0023]本实用新型是一种用于射频微波毫米波电路的改进型三平衡混频器，包括两组分别由四个完全相同的二极管首尾相连组成的闭合环路和三个信号端口:本振信号端12，射频信号输入端15和中频信号输出端21。其中本振(LO)信号端12提供外部电路的本地振荡源信号，射频(RF)信号输入端15将需要被变频的信号导入，中频(IF)信号输出端21导出中频输出信号。以上的本振信号端12和射频信号输入端15分别由两个依据工作频率设计的巴伦(Balun)构成，中频信号输出端21由一个中频提取结构20构成。本实用新型中，第一组由四个二极管(第一二极管Dl，第二二极管D2，第三二极管D3，第四二极管D4)阴极和阳极首尾相连组成的闭合环路中的两个对角节点分别和本振巴伦10的平衡差分信号双端口 Out+13和Out-14连接，而该环路中的另两个对角节点和射频巴伦11的平衡差分信号双端口 Out+16和Out-17连接。同样由四个二极管(第五二极管D5，第六二极管D6，第七二极管D7，第八二极管D8)阴极和阳极首尾相连组成与前面布局一致的第二组闭合环路，该环路上的各个节点分别通过一个电感(第一电感L1、第四电感L4、第二电感L2以及第三电感L3)与第一组闭合环路中的对应节点相连接。在两组二极管闭合环路中会产生混频信号，并且由于其结构自然形成了对称的平衡差分混频信号，从而使中频信号得以以平衡差分信号的形式输出。在本实用新型中，通过在两组二极管闭合环路对应节点的四个连接处分别引出第一混频信号IF1、第四混频信号IF4、第二混频信号IF2以及第三混频信号IF3，构建一个合适的中频提取结构20，最终经过滤波提取出所需的中频输出信号21。
[0024]如图1所示，一种用于射频微波毫米波电路的改进型三平衡混频器，包括本振信号端12:将单端信号变为平衡差分信号的本振巴伦(LO Balun) 10，射频信号输入端15:将单端信号变为平衡差分信号的射频巴伦(RF Balun) 11，中频信号输出端21:将平衡差分信号取出的中频提取结构20，分别由第一二极管Dl，第二二极管D2，第三二极管D3，第四二极管D4和第五二极管D5，第六二极管D6，第七二极管D7，第八二极管D8组成的两组二极管闭合环路(其中，第一二极管Dl，第二二极管D2，第三二极管D3，第四二极管D4的尺寸完全一致，第五二极管D5，第六二极管D6，第七二极管D7，第八二极管D8的尺寸也完全一致，但是两组二极管的尺寸可以略有不同)以及两组二极管闭合环路对应节点之间所加的电感第一电感LI，第四电感L4，第二电感L2，第三电感L3和滤除中频信号的第一电容Cl，第二电容C2，第三电容C3，第四电容C4。
[0025]当本振信号加于单端口(即本振信号端)L0inl2时，本振巴伦10可以将单端不平衡的本振信号变为位于Out+13和Out-14的平衡差分信号，平衡差分信号为相同幅度，但相反相位的信号。基于类似的原理，在射频信号输入端RFinl5