一种通过对消抑制输出本振谐波幅度的混频器及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过对消抑制输出本振谐波幅度的混频器及方法，属于微波技术领域。
【背景技术】
[0002]随着通信卫星技术的不断发展，卫星通信容量不断增加，系统对星载微波接收机的设计要求越来越高，主要体现在高的集成度、较小的体积尺寸、较高的谐杂波抑制度等。而目前，在通信卫星有效载荷转发器中微波接收机的频率变换往往存在本振基波或谐波离输出中频频率非常近，或者直接落在中频工作频带内(如低本振、高中频的接收机变频模式)，造成滤波器对本振谐波抑制难度极高或根本无法进行抑制的情况，从而影响了接收机的性能。
[0003]混频器作为星载微波接收机中的一种核心的微波器件，其性能好坏直接影响着接收机的性能。混频器有多种类型，包括单终端、单平衡、双平衡形式，随着星载有源产品对集成度的要求越来越高，目前，航天产品星载接收机中的混频器基本采用MMIC集成的双平衡混频器或单平衡混频器，具有体积小、一致性好、可靠性高的特点，但这类混频器对本振谐波的抑制能力非常有限，对于高中频、低本振变频模式的接收机应用来讲，本振的二次或高次谐波往往离输出中频频率非常近，或者直接落在中频工作频带内，造成滤波器设计难度巨大或根本无法直接滤除，带来了接收机射频链的复杂或接收机带内杂波性能不达标。
[0004]附图3给出了传统的混频器电路的设计实例。其中混频器本振输入信号为2.225GHz，射频输入信号为5.925GHz，最终输出的中频信号为3.7GHz及一系列谐杂波信号。
[0005]附图3中频信号产生除3.7GHz以外的一系列谐杂波信号是由于混频器的非线性特性决定的。
[0006]附图4给出了利用附图3方案设计的传统混频器最终的中频信号输出频谱的仿真结果。图中ml标记了附图2中所示的中频3.7GHz信号；m2标记了附图2中所示的本振2.225GHz信号；m3标记了附图2中所示的本振二次谐波4.45GHz信号；m4标记了附图2中所示的本振三次谐波6.675GHz信号
【发明内容】
[0007]本发明解决的技术问题为:克服现有技术不足，提供一种通过对消抑制输出本振谐波幅度的混频器及方法，通过在传统混频器电路结构中加入0°功分器、180°耦合桥和50 Ω匹配负载，很好的对消抑制了传统混频器电路中中频信号输出端的常见的本振基波和谐波信号，重点解决星载微波接收机高中频、低本振变频模式下，本振谐波抑制困难或无法抑制的难题，大大降低了射频链路的设计难度。该新设计电路主要包括两个混频器、0°功分器和180°親合桥。
[0008]本发明解决的技术方案为:一种通过对消抑制输出本振谐波幅度的混频器，包括0°功分器、第一混频器、第二混频器、第一 50 Ω匹配负载、第二 50Ω匹配负载、180°耦合桥；第一混频器包括本振端、射频端和中频输出端，第一混频器、第二混频器结构相同；
[0009]由外部本振源送来的本振信号通过0°功分器，将外部本振信号功分为两个幅度相等、相位相同的本振信号，分别馈入第一混频器、第二混频器的本振端，两个等幅同相的本振信号中的一路与第一混频器射频端馈入的射频信号进行混频，第一混频器中频输出端输出的中频信号、本振信号的基波及本振信号的谐波信号，送至180°耦合桥的第一输入端口 ；两个同幅同相的本振信号中的另一路送至第二混频器的本振端，第二混频器的射频端接第一 50 Ω匹配负载，第二混频器中频输出端仅输出本振信号的基波及本振信号的谐波信号，送至180°耦合桥的第二输入端口，180°耦合桥将第一混频器送来的中频信号、本振信号的基波及本振信号的谐波信号和第二混频器送来的同幅同相的本振信号的基波及本振信号的谐波信号，进行功率合成，同幅同相本振信号的基波及本振信号的谐波信号幅度对消，中频信号不变，合成信号分两路输出，第一路通过第二 50Ω匹配负载接地，第二路输出至外部接收机中频通道，本振基波及谐波信号对消抑制20dB以上而所需的中频信号仅幅度降低3dB。
[0010]中频输出端输出的中频信号，除了包括混频产生的中频信号，还有本振信号及其谐波信号，是由第一混频器和第二混频器自身的非线性特性决定。
[0011 ] 一种通过对消抑制输出本振谐波幅度的方法，步骤如下:
[0012](I)由外部本振源送来的本振信号通过0°功分器，将外部本振信号功分为两个幅度相等、相位相同的本振信号，分别馈入第一混频器、第二混频器的本振端；
[0013](2)将步骤(I)两个等幅同相的本振信号中的一路与第一混频器射频端馈入的射频信号进行混频，第一混频器中频输出端输出的中频信号、本振信号的基波及本振信号的谐波信号，送至180°耦合桥的第一输入端口 ；
[0014](3)将步骤(I)两个同幅同相的本振信号中的另一路送至第二混频器的本振端，第二混频器的射频端接第一 50 Ω匹配负载，第二混频器中频输出端仅输出本振信号的基波及本振信号的谐波信号，送至180°耦合桥的第二输入端口 ；
[0015](4)180°耦合桥将步骤(2)第一混频器送来的中频信号、本振信号的基波及本振信号的谐波信号和步骤(4)第二混频器送来的同幅同相的本振信号的基波及本振信号的谐波信号，进行功率合成，同幅同相本振信号的基波及本振信号的谐波信号幅度对消，中频信号不变，合成信号分两路输出，第一路通过第二 50Ω匹配负载接地，第二路输出至外部接收机中频通道，本振基波及谐波信号对消抑制20dB以上而所需的中频信号仅幅度降低3dB0
[0016]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0017](I)本发明在传统混频器电路中加入了 0°功分器和180°耦合桥，在实现接收机频率变换的同时可将两个混频器输出的本振基波及其谐波信号对消抑制，使本振基波及谐波信号幅度抑制20dB以上，使接收机中频通道无需再增加本振基波及谐波的高抑制腔体滤波器，缩小了接收机体积和重量，可使接收机实现小型化轻量化。
[0018](2)本发明通过简单的0°功分器能够实现将外部本振源输入信号分成两路等幅同相的本振信号输入给两个混频器，作为激励混频器工作的本振信号。
[0019](3)本发明通过简单的180°耦合桥将两路混频器中频输出端输出的等幅同相本振基波及谐波信号进行反相对消抑制20dB以上，而中频信号仅损失3dB。
【附图说明】
[0020]图1为本发明电路图；
[0021]图2为本发明具体实例电路图；
[0022]图3为传统混频器电路图；
[0023]图4为传统混频器输出频谱；
[0024]图5为本发明混频器输出频谱。
【具体实施方式】
[0025]本发明的基本思路为:提供一种通过对消抑制输出本振谐波幅度的混频器及方法，针对传统的混频器电路加入了 0°功分器、180°耦合桥和匹配负载，其电路原理是由外部本振源送来的本振信号通过0°功分器，将外部本振信号功分为两个幅度相等、相位相同的本振信号，分别馈入第一混频器、第二混频器的本振端，第一混频器射频端馈入的射频信号进行混频，第二混频器的射频端接第一 50 Ω匹配负载，第一混频、第二混频器的输出信号经过180°耦合桥功率合成，输出中频信号、本振和本振谐波信号，本振基波及谐波信号对消抑制20dB以上而所需的中频信号幅度仅降低3dB，很好的抑制了传统混频器中常见的本振基波和谐波信号。
[0026]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
[0027]来自外部本振源的本振信号通过0°功分器，输出两路同幅同相的本振信号LOl和L02，将两路同幅同相的本振信号LOl和L02分别输入到第一混频器、第二混频器的本振信号输入端。第一混频器将0°功分器送来的本振信号LOl与接收机外部送来的射频信号RF进行混频，并且输出中频信号；第二混频器的射频端口通过第一 50Ω匹配负载接地，50欧姆匹配完成混频器射频端口与50欧姆微波传输线系统特征阻抗的匹配，消除射频端口反射，本振端口将0°功分器送来的本振信号L02作为本振输入信号，第二混频器的中频输出端输出本振基波和谐波信号。180°耦合桥将第一混频器、第二混频器输出的信号分别输入给第一输入端口和第二输入端口，180°耦合桥的隔离端通过第二 50 Ω匹配负载电阻连接接地，50欧姆匹配负载完成耦合桥隔离端口与50欧姆