专利名称：升频变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种升频变换器。在无线电通信系统中需要这样的频率变换器用于将中频信号延迟至无线电传输规定的发射频率。该无线电信号的波长可位于毫米范围内。
通信系统中针对该波长的不断增加的集成范围也增大了对节省空间的整体可集成的频率变换器的需求增加。
如权利要求1所述的升频变换器从Nishikawa等人的“Broadbandand Compact SiBJT Balanced Up-Converter MMIC using Si 3-D MMICTechnology”(IEEE MMT-S International Microwave Symposium2001，Phoenix，Arizona，USA，S.87-90)中公知。在该公知的频率变换器中两个待混合的信号(中频信号和本地振荡器信号)分别推挽式地附在两个双极性晶体管的基极上并调制流过该双极性晶体管的电流，该电流相加地叠加到待输出的高频信号。附在双极性晶体管上的反相本地振荡器信号由集成在衬底上的对称节提供，在该对称节的输入端上该本地振荡器信号以非对称的形式供给。该对称节由分别具有长度为λ/4的多条线路段构成并在所集成的电路的衬底上占据比所有其他电路部件总共占据的空间更多。同样以对称形式必需的中频信号通过两个分开的接头从外部输送给该电路，该中频信号的频率低于本地振荡器信号的频率。如果位于所集成的电路之外的引线与所述两个接头不同，尤其是具有不同的长度和衰减，则可导致所附中频信号的不同的振幅且该中频信号的相位差偏离所期望的精确的反相并因此导致两个双极性晶体管的特性的不对称。因此此外混合结果的质量依赖于该电路的布线；就是说在布线处的工艺控制可损害该频率变换器的效果。
本发明的任务在于，提供一种具有好的、可重复制造的并很少依赖于工艺控制的变换特性的可集成的升频变换器。
该任务通过具有权利要求1的特征的升频变换器来解决。针对较低的输入频率的对称节被集成在衬底上，这样该对称节与两个控制元件的第一主接头之间连接的长度和衰减可以被精确地控制和重复制造。
优选地作为针对较低的输入频率的对称节采用一个第三控制元件，该第三控制元件的控制接头与第一输入信号连接并且该第三控制元件的两个主接头中的每个主接头与升频变换器的两个供电电势之一和第一或第二控制元件的一个接头连接。一种这样的对称节与Nishikawa等人所采用的类型相比要求非常少的衬底面积，Nishikawa等人所采用的类型的空间需求与待对称化的信号的波长成比例，并且这种对称节具有大的带宽。
优选地该第一或第二控制元件的接头分别是其第二主接头，而且第三控制元件的主接头与该第一或第二控制元件连接。这允许第一输入信号与第二输入信号的乘法调制并因此允许混合过程的高效率。
作为控制元件优选地采用晶体管，尤其是HEMT(高电子迁移率晶体管High Electron Mobility Transistors)。
为了达到高混合效率，优选地第一和第二控制元件被加偏压至在其夹断范围附近。
适当地也针对第二、较高频率的输入信号设置一个对称节(Symmetrieglied)，该对称节的输出端与第一和第二控制元件的控制输入端连接。
此外，本发明的主题是单边带频率变换器，其可由上述升频变换器实现，方法是两个这样的升频变换器的输出端连接在长耦合器的输入端上，由该长耦合器的一个输出端构成单边带频率变换器的输出端。
一种这样的单边带频率变换器的升频变换器的第二对称节适当地与功率分配器融合，以节约衬底面积。该功率分配器将第二输入信号划分为两个升频变换器上的相同部分。一种这样的融合的或结合的对称节可简单地且节约空间地利用中央为与单边带频率变换器的信号输入端连接的第一导线段和第一导线段的两侧为多个第二导线段来实现，其中第一升频变换器的第一和第二控制元件的控制输入端与中央导线段的一侧上的第二导线段连接而且第二升频变换器的第一和第二控制元件的控制输入端与中央导线段的另一侧上的第二导线段连接。
该导线段可在一个共同层中作为微带导线简单实现。
优选地该第二对称节具有每三个并排位于中央导线段的两侧的导线段，该导线段的中间的导线段各不连接。
本发明的其他特征和优点由下列参考附图的实施例的说明得出。示出
图1本发明的升频变换器的示意性电路图；图2单边带频率变换器的电路图；和图3半导体衬底的示意图，在该半导体衬底上集成了图2的单边带频率变换器。
图1示出集成在衬底上的根据本发明的升频变换器的示意性电路图。该升频变换器包含两个对称布置的GaAs-HEMT Q1和Q2作为控制元件。HEMT Q1、Q2的栅极与本地振荡器信号LO通过由平行的带状导线S1至S4构成的180°混合耦合器和电容器C1、C2推挽式连接。HEMTQ1、Q2的漏极相互连接并通过两个电感器L8、L7与电源电压VD2的输入接头连接。每个HEMT Q1、Q2的源极通过电容器C3或C4与第三HEMT Q3的源极或漏极以及通过电容器C5或C6和通过电感器L5或L6和电阻R1或R2的串联电路与地连接。一个位于其夹断(Pinch-off)区域之下的由HEMT Q1或Q2的源极电流引起的在电阻R1、R2上的电压降产生自动的HEMT工作点调节(自偏压)。
HEMT Q3的源极和漏极分别通过电感器L1或L2与地GND或电源电势VD1连接。在HEMT Q3的栅极上通过电感器L9接有偏压VG1而通过电容器C13接有中频信号IF。
因此HEMT Q3栅极上的电压由VG1构成的直流电压分量和IF构成的交流电压分量构成。这样选择直流电压分量，即HEMT Q3工作在线性区；IF继续线性调制HEMT Q3的漏极电流。因此HEMT Q3的源极和漏极上的电势以比IF信号更大的振幅相互反相振荡。
因此HEMT Q3同时用作放大器和针对中频信号IF的对称节。通常电感器L1、L2选择相同的值，以实现HEMT Q3的源极和漏极上的中频信号的相同振幅。
流过两个HEMT Q1、Q2的电流分别主要由具有本地振荡器信号LO的频率的部分、具有中频信号IF频率的部分和本地振荡器信号LO的频率与中频信号IF的频率的总和与差值的部分构成，在该HEMT Q1、Q2的漏极上分别通过电感器L8、L7附有电源电压VD2。由于HEMT Q1、Q2的栅极与本地振荡器信号LO反相连接，分别具有本地振荡器频率的电流的部分反相相等并相互抵消。流过电感器L3的电流和在电感器L7、L8之间的连接点上的电势因此只包含具有总和频率或差值频率的频谱部分。所述部分通过输出端HF上的电容器C8输出连接并得到升频变换器的输出信号、一个具有两个分别通过总和频率或差值频率构成的单边带的无载波高频信号。
图2示出一个由图1中示出的类型的两个升频变换器构成的单边带变换器。两个升频变换器的布置是镜像对称的，图2中的对应部件具有如图1一样的相同参考符号，其中图2中的第二混合器的部件分别通过撇号(｀)标出。输送到第二混合器的中频信号IF｀相对中频信号IF相位偏移了90°。这导致，两个单边带之一的第二升频混合器的输出端HF｀上与由第一变换器提供的信号相位相同，该信号存在另一个单边带但是反相。两个升频变换器的输出信号在长耦合器LC中叠加，由该长耦合器两个输出端一方面提供上单边带(USB)、另一方面提供下单边带(LSB)。
图3示意性地示出衬底上的图2的单边带混合器的不同部件的布置。两个升频混合器镜像对称地布置在点画中线A-A的两侧。沿着该中线A-A双重对称节展开，该对称节包含七个平行的微带导线段S1、S2、S3、S4、S2｀、S3｀、S4｀。中间段S1在其一端上与本地振荡器信号LO的接线板连接，背离LO接线板的另一端接地。从该中央微带导线S1向外按以下顺序布置第一微带导线S2、S2｀，在其面向本地振荡器器接线板LO的一端与地连接而在相对端上通过电容器C2或C2｀与HEMT Q2或Q2｀连接；第二微带导线S3、S3｀，在其面向本地振荡器器接线板LO的一端与微带导线S1的相应端连接而在其背离端上如微带导线S1一样接地；以及第三微带导线S4、S4｀，在其面向本地振荡器器接头板LO的一端与S1、S3、S3｀连接而在其相对端上通过电容器C1或C1｀与HEMT Q1或Q1｀连接。
所述成双的对称节按以下方式同时被用作功率分配器，该功率分配器将本地振荡器器信号LO以相同功率输送到中线A-A两侧的两个升频变换器。
权利要求
1.具有衬底的升频变换器，在该衬底上集成有针对两个待混合的输入信号(IF，LO)的第一和第二输入端，其中第一输入信号(IF)有比第二输入信号(LO)低的频率，第一和第二控制元件(Q1，Q2)，分别具有一个控制接头(G)和两个主接头(S，D)，其中主接头之间的电流可由施加在控制接头上的信号控制，以及针对由两个待混合的输入信号产生的混合信号的输出端(HF)，其中两个控制元件(Q1，Q2)的控制接头以推挽方式与第二输入信号(LO)接通，而两个控制元件(Q1，Q2)的第一主接头相互连接并与所述输出端(HF)连接，其特征在于集成在该衬底上的一个第一对称节(Q3)，该第一对称节(Q3)针对第一输入信号(IF)的输入端与两个控制元件(Q1，Q2)的第一主接头连接。
2.如权利要求1所述的升频变换器，其特征在于，第一对称节是第三控制元件(Q3)，该第三控制元件(Q3)的控制接头与第一输入信号(IF)接通并且其两个主接头中的每个与两个电源电势(VD1，GND)中的一个连接并且与第一或第二控制元件(Q1，Q2)的一个接头连接。
3.如权利要求2所述的升频变换器，其特征在于，所述第三控制元件的每个主接头与第一或第二控制元件(Q1，Q2)的第二主接头连接。
4.如前述权利要求之一所述的升频变换器，其特征在于，所述控制元件是晶体管。
5.如权利要求4所述的升频变换器，其特征在于，所述晶体管是HEMT。
6.如权利要求4或5所述的升频变换器，其特征在于，所述第三控制元件(Q3)工作在其线性区。
7.如权利要求4至6之一所述的升频变换器，其特征在于，对所述第一和第二控制元件(Q1，Q2)加偏压到其夹断区附近由此来驱动该第一和第二控制元件(Q1，Q2)。
8.如权利要求7所述的升频变换器，其特征在于，所述第一和第二控制元件(Q1，Q2)通过自动的工作点调节(self bias)被施加偏压。
9.如前述权利要求之一所述的升频变换器，其特征在于第二对称节(S1，S2，S3，S4；S1，S2，S3，S4，S2`，S3`，S4`)，该第二对称节的输入端与第二输入信号(LO)的输入端连接而输出端与所述第一和第二控制元件(Q1，Q2)的控制输入端连接。
10.具有两个如前述权利要求之一所述的升频变换器的单边带频率变换器，其特征在于，两个升频变换器的输出端连接在长耦合器(LC)的输入端上，该长耦合器的一个输出端构成该单边带频率变换器的一个输出端。
11.具有两个如权利要求9所述的两个升频变换器的单边带频率变换器，其特征在于，所述第二对称节(S1，S2，S3，S4，S1`，S2`，S3`)同时被构成为功率分配器。
12.如权利要求11所述的单边带频率变换器，其特征在于，所述第二对称节具有位于中央的与单边带频率变换器的信号输入端连接的第一导线段(S1)而在第一导线段(S1)的两端具有多个第二导线段(S2，S3，S4，S2`，S3`，S4`)，其中第一升频变换器的第一和第二控制元件(Q1，Q2)的控制输入端与中央导线段的一侧上的第二导线段(S2，S4)连接并且第二升频变换器的第一和第二控制元件(Q1`，Q2`)的控制输入端与中央导线段(S1)的另一侧上的第二导线段(S2`，S4`)连接。
13.如权利要求12所述的单边带频率变换器，其特征在于，布置在同一层的导线段(S1，S2，S3，S4，S2`，S3`，S4`)是微带导线段。
14.如权利要求12或13所述的单边带频率变换器，其特征在于，所述导线段(S1，S2，S3，S4，S2`，S3`，S4`)是平行的且等距离的。
15.如权利要求12至14之一所述的单边带频率变换器，其特征在于，所述第二对称节具有每三个并排位于中央导线段(S1)的两侧的导线段(S2，S3，S4；S2`，S3`，S4`)，而且三个并排排列的导线段中位于中间的导线段(S3，S3`)在其两端分别与中央导线段(S1)连接。
全文摘要
在一个升频变换器的衬底上集成的是针对两个待混合的输入信号(IF，LO1)的第一和第二输入端，其中该第一输入信号(IF)有比该第二输入信号(LO)低的频率；第一和第二控制元件(Q1，Q2)，分别具有控制接头(G)和两个主接头(S，D)，其中主接头之间的电流通过附在控制接头上的信号是可控制的；以及针对由两个待混合的输入信号产生的所混合的信号的输出端(HF)，其中两个控制元件(Q1，Q2)的控制接头推挽式地与第二输入信号(LO)接通，而两个控制元件(Q1，Q2)的第一主接头相互连接并与输出端(HF)连接。同样集成在该衬底上的第一对称节(Q3)将第一输入信号(IF)的输入端与两个控制元件(Q1，Q2)的第一主接头连接。
文档编号H03D7/14GK1653681SQ03811102
公开日2005年8月10日 申请日期2003年5月19日 优先权日2002年5月17日
发明者H·S·吉尔, R·克鲁帕, S·科赫 申请人:马科尼通讯股份有限公司