本发明涉及无线通信领域，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，frequencymultiplier)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，本发明提供一种x波段到w波段的高性能gaas8倍倍频器，
本发明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；
所述第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、r2电阻、m1微带线、c1电容、c2电容、c3电容，所述r1电阻、r2电阻、m1微带线串联连接，r1电阻上端连接vg端，所述c1电容、c2电容并联连接后左端连接在r1电阻和r2电阻之间的连接线路上，右端接地，所述c3电容左端连接r2下端，右端接地，所述m1微带线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r3电阻、r4电阻、r5电阻、m2微带线、c4电容、r6电阻、c5电容、c6电容，所述r3电阻、r4电阻、r5电阻、m2微带线依次串联连接，r3的上端连接vd端，m2微带线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c4电容和r6电阻串联连接后与c5电容并联，所述c4电容、c5电容的左端均连接在r3电阻和r4电阻之间的连接线路上，所述c5电容、r6电阻的右端均接地，所述c6电容的左端连接在r4电阻和r5电阻之间的连接线路上，c6的右端接地。
优选的，所述输入匹配电路包括l1电感、l3电感、c7电容、m3微带线、l2电感，所述l1电感、l3电感、c7电容、m3微带线依次串联连接，所述l1电感的左端连接外电路的输出端，m3微带线的右端连接第一场效应管的栅端，所述l2电感的上端连接在l1电感和l3电感之间的连接线路上，下端接地。
优选的，所述第一级级间匹配电路包括c8电容、c9电容、c10电容、m4微带线、m5微带线，所述c8电容、c9电容、c10电容、m4微带线、m5微带线依次串联连接，所述c8电容的左端连接第一场效应管的漏端，m5微带线的右端连接第二场效应管的栅端，所述c8电容和c9电容之间、c9电容和c10电容之间、c10电容和m4微带线之间、m4微带线和m5微带线之间均分别设有m6微带线、m7微带线、m8微带线、m9微带线。
优选的，所述第二级级间匹配电路包括c11电容、m10微带线、c12电容、m11微带线，所述c11电容、m10微带线、c12电容、m11微带线依次串联连接，所述c11电容的左端连接第二场效应管的漏端，m11微带线的右端连接第三场效应管的栅端，所述m10微带线、c12电容之间连接的线路上设有m12微带线。
优选的，所述第三级级间匹配电路包括c13电容、m13微带线、m14微带线，所述c13电容、m13微带线、m14微带线依次串联连接，所述c13电容的左端连接第三场效应管的漏端，m14微带线的右端连接第四场效应管的栅端，所述c13电容和m13微带线之间的连接线路上设有m16微带线，m13微带线和m14微带线之间的线路上设有m17微带线、m18微带线。
优选的，所述第四级级间匹配电路包括c14电容、m19微带线、m20微带线、m21微带线，所述c14电容、m19微带线、m20微带线、m21微带线依次串联连接，所述c14电容的左端连接第四场效应管的漏端，m21微带线的右端连接第五场效应管的栅端，所述m19微带线和m20微带线之间的连接线路上设有m22微带线，所述m20微带线和m21微带线之间的线路上设有m23微带线、m24微带线。
优选的，所述第五级级间匹配电路包括m25微带线、c15电容、m26微带线、m27微带线，所述m25微带线、c15电容、m26微带线、m27微带线依次串联连接，m25微带线的左端连接第五场效应管的漏端，所述m27微带线的右端连接第六场效应管的栅端，所述m25微带线和c15电容之间的线路上设有m31微带线，所述m26微带线、m27微带线之间的线路上设有m28微带线，所述m28微带线的下端设有m29微带线、m30微带线。
优选的，所述输出匹配电路包括c16电容、m32微带线、m33微带线、m34微带线，所述c16电容、m32微带线、m33微带线、m34微带线依次串联连接，所述c16电容的左端连接第六场效应管的漏端，所述m34微带线的右端连接外电路的输入端，所述m32微带线和m33微带线之间的线路上设有m35微带线，所述m33微带线和m34微带线之间的线路上设有m36微带线。
本发明的有益效果是：
本发明采用特殊匹配结构，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；本发明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发明实施例的技术方案，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发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的信号通路结构示意图；
图3为本发明的栅端偏置电路示意图；
图4为本发明的漏端偏置电路示意图；
图5为本发明的输入匹配电路示意图；
图6为本发明的第一级级间匹配电路示意图；
图7为本发明的第二级级间匹配电路示意图；
图8为本发明的第三级级间匹配电路示意图；
图9为本发明的第四级级间匹配电路示意图；
图10为本发明的第五级级间匹配电路示意图；
图11为本发明的输出匹配电路示意图；
图12为本发明的输入回波损耗图；
图13为本发明的输出回波损耗图；
图14为本发明的相邻谐波输出功率测试结果图。
图中所示：
其中，1-r1电阻，2-r2电阻，3-m1微带线，4-c1电容，5-c2电容，6-c3电容，7-r3电阻、8-r4电阻，9-r5，10-m2微带线，11-c4电容，12-cr6，13-c5电容，14-c6电容，15-l1电感，16-l3电感，17-c7电容，18-m3微带线，19-l2电感，20-c8电容，21-c9电容，22-c10电容，23-m4微带线，24-m5微带线，25-m6微带线，26-m7微带线，27-m8微带线，28-m9微带线，29-c11电容，30-m10微带线，31-c12电容，32-m11微带线，33-m12微带线，34-c13电容，35-m13微带线，36-m14微带线，37-m16微带线，38-m17微带线，39-m18微带线，40-c14电容，41-m19微带线，42-m20微带线，43-m21微带线，44-m22微带线，45-m23微带线，46-m24微带线，47-m25微带线，48-c15电容，49-m26微带线，50-m27微带线，51-m28微带线，52-m29微带线，53-m30微带线，54-m31微带线，55-c16电容，56-m32微带线，57-m33微带线，58-m34微带线，59-m35微带线，60-m36微带线,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
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
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发明进一步说明。
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；
所述第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r1电阻1、r2电阻2、m1微带线3、c1电容4、c2电容5、c3电容6，所述r1电阻1、r2电阻2、m1微带线3串联连接，r1电阻1上端连接vg端，所述c1电容4、c2电容5并联连接后左端连接在r1电阻1和r2电阻2之间的连接线路上，右端接地，所述c3电容6左端连接r2电阻2的下端，右端接地，所述m1微带线3的下端连接输入匹配电路、第二级级间匹配电路。所述r1电阻1、r2电阻2、c1电容4和c2电容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；c3电容6作为去耦电容可以防止高频自激；串联的m1微带线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r3电阻7、r4电阻8、r5电阻9、m2微带线10、c4电容11、r6电阻12、c5电容13、c6电容14，所述r3电阻7、r4电阻8、r5电阻9、m2微带线10依次串联连接，r3电阻7的上端连接vd端，m2微带线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c4电容11和r6电阻12串联连接后与c5电容13并联连接，所述c4电容11、c5电容13的左端均连接在r3电阻7和r4电阻8之间的连接线路上，所述c5电容13、r6电阻12的右端均接地，所述c6电容14的左端连接在r4电阻8和r5电阻9之间的连接线路上，c6的右端接地。所述r3电阻7和r6电阻12与串联的c4电容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；c5电容13与c6电容14作为去耦电容可以防止高频自激；所述r4电阻和r5电阻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m2微带线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l1电感15、l3电感16、c7电容17、m3微带线18、l2电感19，所述l1电感15、l3电感16、c7电容17、m3微带线18依次串联连接，所述l1电感15的左端连接外电路的输出端，m3微带线18的右端连接第一场效应管61的栅端和栅端偏置电路中m1微带线3上，所述l2电感19的上端连接在l1电感和l3电感之间的连接线路上，下端接地。l1电感15、l2电感19、l3电感16和c7电容17是将输入源的阻抗匹配到第一级场管61的输入阻抗,且c7电容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c8电容20、c9电容21、c10电容22、m4微带线23、m5微带线24，所述c8电容20、c9电容21、c10电容22、m4微带线23、m5微带线24依次串联连接，所述c8电容20的左端连接第一场效应管61的漏端，m5微带线24的右端连接第二场效应管62的栅端，所述c8电容20和c9电容21之间、c9电容21和c10电容22之间、c10电容22和m4微带线23之间、m4微带线23和m5微带线24之间均分别设有m6微带线25、m7微带线26、m8微带线27、m9微带线28，所述m6微带线25、m7微带线26、m8微带线27的下端均接地。所述c8电容20、c9电容21、c10电容22与并联到地的m6微带线25、m7微带线26、m8微带线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m4微带线23、m5微带线24与并联的m9微带线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c8电容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c11电容29、m10微带线30、c12电容31、m11微带线32，所述c11电容29、m10微带线30、c12电容31、m11微带线32依次串联连接，所述c11电容29的左端连接第二场效应管62的漏端，m11微带线32的右端连接第三场效应管63的栅端，所述m10微带线30、c12电容31之间连接的线路上设有m12微带线33，所述m12微带线33的下端接地。所述c11电容29、c12电容31和串联的m10微带线30、m11微带线32与并联到地的m12微带线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c11电容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c13电容34、m13微带线35、m14微带线36，所述c13电容34、m13微带线35、m14微带线36依次串联连接，所述c13电容34的左端连接第三场效应管63的漏端，m14微带线36的右端连接第四场效应管64的栅端，所述c13电容34和m13微带线35之间的连接线路上设有m16微带线37，m13微带线35和m14微带线36之间的线路上设有m17微带线38、m18微带线39，所述m18微带线39的下端接地。其中m16微带线37、m13微带线35与m17微带线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m14微带线36与并联到地的m18微带线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c13电容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c14电容40、m19微带线41、m20微带线42、m21微带线43，所述c14电容40、m19微带线41、m20微带线42、m21微带线43依次串联连接，所述c14电容40的左端连接第四场效应管64的漏端，m21微带线43的右端连接第五场效应管65的栅端，所述m19微带线41和m20微带线42之间的连接线路上设有m22微带线44，所述m20微带线42和m21微带线43之间的线路上设有m23微带线45、m24微带线46，所述m24微带线46的下端接地。所述m19微带线41、m22微带线44、m20微带线42与m18微带线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m24微带线46与并联到地的m23微带线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c14电容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m25微带线47、c15电容48、m26微带线49、m27微带线50，所述m25微带线47、c15电容48、m26微带线49、m27微带线50依次串联连接，m25微带线47的左端连接第五场效应管65的漏端，所述m27微带线50的右端连接第六场效应管66的栅端，所述m25微带线47和c15电容48之间的线路上设有m31微带线54，所述m26微带线49、m27微带线50之间的线路上设有m28微带线51，所述m28微带线的下端设有m29微带线52、m30微带线53，所述m29微带线52的下端接地。其中m25微带线47、m31微带线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。m26微带线49、m30微带线53、m28微带线51、m29微带线52与m27微带线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c15电容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c16电容55、m32微带线56、m33微带线57、m34微带线58，所述c16电容55、m32微带线56、m33微带线57、m34微带线58依次串联连接，所述c16电容55的左端连接第六场效应管66的漏端，所述m34微带线58的右端连接外电路的输入端，所述m32微带线56和m33微带线57之间的线路上设有m35微带线59，所述m33微带线57和m34微带线58之间的线路上设有m36微带线60。所述m32微带线56、m35微带线59、m33微带线57、m36微带线60与m34微带线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c16电容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，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，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，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明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，均仍属于本发明技术方案的范围内。