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Title:
SUB-HARMONIC MIXER AND KA BAND TUNER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/219459
Kind Code:
A1
Abstract:
Provided are a sub-harmonic mixer and a Ka band tuner. The sub-harmonic mixer comprises: a local oscillator signal filtering module (10); a high-frequency signal filtering module (20); a sub-harmonic mixing module (30); and an intermediate-frequency signal filtering module (40). The sub-harmonic mixing module (30) comprises a pair of Schottky diodes connected in parallel and mutually reversed. The sub-harmonic mixing module (30) performs frequency mixing on a local oscillator signal filtered by the local oscillator signal filtering module (10) and a high-frequency signal filtered by the high-frequency signal filtering module (20) to obtain an intermediate-frequency signal. The intermediate-frequency signal is outputted after being filtered by the intermediate-frequency signal filtering module (40). The invention exploits a frequency mixing property of an even harmonic of Schottky diodes connected in parallel and arranged opposite to each other to perform frequency mixing on a high-frequency signal and a local oscillator signal to obtain an intermediate-frequency signal, thereby realizing a second harmonic mixing function of a sub-harmonic mixer, and obtaining a better frequency mixing function while significantly reducing production costs of the sub-harmonic mixer.

Inventors:
CHEN JIACHENG (CN)
YAO JIANKE (CN)
DING QING (CN)
Application Number:
PCT/CN2016/094864
Publication Date:
December 28, 2017
Filing Date:
August 12, 2016
Export Citation:
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Assignee:
HUAXUN SATELLITE COMMUNICATIONS CO LTD (CN)
CHINA COMMUNICATION TECH CO LTD (CN)
International Classes:
H03D7/16
Foreign References:
CN205912021U2017-01-25
CN104753468A2015-07-01
CN105048967A2015-11-11
CN103633943A2014-03-12
Attorney, Agent or Firm:
SHENZHEN ZHONGYI PATENT AND TRADEMARK OFFICE (CN)
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Claims:
权利要求书

[权利要求 1] 一种次谐波混频器, 包括本振信号滤波模块、 高频信号滤波模块、 次 谐波混频模块及中频信号滤波模块, 其特征在于, 所述次谐波混频模 块包括反向并联的肖特基二极管对, 所述肖特基二极管对包括二极管

D1和二极管 D2, 其中, 二极管 D1的正极和二极管 D2的负极共接构成 所述次谐波混频模块的输入端, 二极管 D1的负极和二极管 D2的正极 共接构成所述次谐波混频模块的输入输出端;

所述本振信号滤波模块的输入端接入本振信号, 所述高频信号滤波模 块的输入端接入高频信号、 所述高频信号滤波模块的输出端接所述次 谐波混频模块的输入端, 所述次谐波混频模块的输入输出端与所述本 振信号滤波模块的输出端和所述中频信号滤波模块的输入端共接, 所 述中频信号滤波模块的输出端输出中频信号;

所述本振信号滤波模块对接入的本振信号进行滤波后输出给所述次谐 波混频模块, 所述高频信号滤波模块对接入的高频信号进行滤波后输 出给所述次谐波混频模块, 所述次谐波混频模块对滤波后的本振信号 和滤波后的高频信号进行混频得到中频信号并输出给所述中频信号滤 波模块, 所述中频信号滤波模块对所述中频信号进行滤波后输出。

[权利要求 2] 如权利要求 1所述的次谐波混频器, 其特征在于, 所述本振信号滤波 器模块为平行耦合微带线带通滤波器。

[权利要求 3] 如权利要求 2所述的次谐波混频器, 其特征在于, 所述本振信号滤波 器模块的微带线结构为 M阶平行耦合微带结构, 所述 M阶平行耦合微 带结构包括沿各微带线长度方向相互平行设置的 M+1条微带线; 所述 M+1条微带线等间距或不等间距分布, 当所述 M+1条微带线不等 间距分布吋, 相邻微带线之间的间距以中间两条微带线之间的间距为 基准向两侧递减;

所述 M+1条微带线的宽度相等且各微带线的长度按照微带线的分布顺 序以中间 m条微带线的长度为基准向两侧递减, 当 m〉l吋, 所述中间 m条微带线的长度相等, 其中, M和 m均为大于 0的正整数。 如权利要求 3所述的次谐波混频器, 其特征在于, 所述本振信号滤波 模块接入的本振信号的频率范围为 9.03GHz~9.22GHz, 经所述两阶平 行耦合微带结构滤波后输出的本振信号的中心频率为 ~9.125GHz。 如权利要求 1~4任一项所述次谐波混频器, 其特征在于, 所述次谐波 混频器还包括与所述本振信号滤波模块的输入端连接的低噪声放大器 , 本振信号经由所述低噪声放大器放大之后再输出给所述本振信号滤 波模块进行滤波。

如权利要求 1所述的次谐波混频器, 其特征在于, 所述高频信号滤波 模块为平行耦合微带线带通滤波器。

如权利要求 6所述的次谐波混频器, 其特征在于, 所述高频信号滤波 模块的微带线结构为 N阶平行耦合微带结构, 所述 N阶平行耦合微带 结构包括沿各微带线长度方向相互平行设置的 N+1条微带线; 所述 N+1条微带线等间距或不等间距分布, 当所述 N+1条微带线不等 间距分布吋, 相邻微带线之间的间距以中间两条微带线之间的间距为 基准向两侧递减;

所述 N+1条微带线的宽度相等且各微带线的长度按照微带线的分布顺 序以中间 n条微带线的长度为基准向两侧递减, 当 n〉l吋, 所述中间 n 条微带线的长度相等, 其中, N和 n均为大于 0的正整数。

如权利要求 1所述次谐波混频器, 其特征在于, 所述次谐波混频模块 还包括限流电阻 R1和限流电阻 R2, 其中, 限流电阻 R1串联在二极管 D1的负极和所述次谐波混频模块的输入输出端之间, 限流电阻 R2串 联在二极管 D2的正极和所述次谐波混频模块的输入输出端之间。 如权利要求 1所述次谐波混频器, 其特征在于, 所述中频信号滤波模 块为平行耦合微带线带通滤波器或滤波电容。

一种 Ka波段高频头, 其特征在于, 所述 Ka波段高频头包括如权利要 求 1~9任一项所述次谐波混频器。

Description:
一种次谐波混频器及 Ka波段高频头 技术领域

[0001] 本发明属于 Ka波段通信领域, 尤其涉及一种次谐波混频器及 Ka波段高频头。

背景技术

[0002] Ka波段毫米波在卫星通信领域的应用越来越广 , Ka波段高频头作为毫米波 收发机的重要部件, 是实现卫星通信的关键器件, 而 Ka波高频头中的次谐波混 频器是影响发射链路性能的重要器件之一。

[0003] 然而, 现有的能够处理 Ka波段信号的次谐波混频器芯片通常采用砷化 (GaA s) 工艺制成, 此类虽然能够简化设计结构、 同吋增强电路的可靠性, 但是价格 成本较高, 不适于广泛推广使用。

技术问题

[0004] 本发明的目的在于提供一种次谐波混频器及 Ka波段高频头, 旨在解决现有的能 够处理 Ka波段信号的次谐波混频器芯片通常采用砷化 (GaAs) 工艺制成, 此 类虽然能够简化设计结构、 同吋增强电路的可靠性, 但是价格成本较高, 不适 于广泛推广使用的问题。

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 本发明是这样实现的, 一种次谐波混频器, 包括本振信号滤波模块、 高频信号 滤波模块、 次谐波混频模块及中频信号滤波模块, 所述次谐波混频模块包括反 向并联的肖特基二极管对, 所述肖特基二极管对包括二极管 D1和二极管 D2, 其 中, 二极管 D1的正极和二极管 D2的负极共接构成所述次谐波混频模块的输入 , 二极管 D1的负极和二极管 D2的正极共接构成所述次谐波混频模块的输入 出 山

[0006] 所述本振信号滤波模块的输入端接入本振信号 , 所述高频信号滤波模块的输入 端接入高频信号、 所述高频信号滤波模块的输出端接所述次谐波 混频模块的输 入端, 所述次谐波混频模块的输入输出端与所述本振 信号滤波模块的输出端和 所述中频信号滤波模块的输入端共接, 所述中频信号滤波模块的输出端输出中 频信号;

[0007] 所述本振信号滤波模块对接入的本振信号进行 滤波后输出给所述次谐波混频模 块, 所述高频信号滤波模块对接入的高频信号进行 滤波后输出给所述次谐波混 频模块, 所述次谐波混频模块对滤波后的本振信号和滤 波后的高频信号进行混 频得到中频信号并输出给所述中频信号滤波模 块, 所述中频信号滤波模块对所 述中频信号进行滤波后输出。

[0008] 优选的, 所述本振信号滤波器模块为平行耦合微带线带 通滤波器。

[0009] 优选的, 所述本振信号滤波器模块的微带线结构为 M阶平行耦合微带结构, 所 述 M阶平行耦合微带结构包括沿各微带线长度方 相互平行设置的 M+1条微带线

[0010] 所述 M+1条微带线等间距或不等间距分布, 当所述 M+1条微带线不等间距分布 吋, 相邻微带线之间的间距以中间两条微带线之间 的间距为基准向两侧递减; [0011] 所述 M+1条微带线的宽度相等且各微带线的长度按照 微带线的分布顺序以中间 m条微带线的长度为基准向两侧递减, 当 m〉l吋, 所述中间 m条微带线的长度相 等, 其中, M和 m均为大于 0的正整数。

[0012] 优选的, 所述本振信号滤波模块接入的本振信号的频率 范围为 9.03GHz~9.22G

Hz, 经所述两阶平行耦合微带结构滤波后输出的本 振信号的中心频率为 ~9.125G

Hz。

[0013] 优选的, 所述次谐波混频器还包括与所述本振信号滤波 模块的输入端连接的低 噪声放大器, 本振信号经由所述低噪声放大器放大之后再输 出给所述本振信号 滤波模块进行滤波。

[0014] 优选的, 所述高频信号滤波模块为平行耦合微带线带通 滤波器。

[0015] 优选的, 所述高频信号滤波模块的微带线结构为 N阶平行耦合微带结构, 所述

N阶平行耦合微带结构包括沿各微带线长度 向相互平行设置的 N+1条微带线; [0016] 所述 N+1条微带线等间距或不等间距分布, 当所述 N+1条微带线不等间距分布 吋, 相邻微带线之间的间距以中间两条微带线之间 的间距为基准向两侧递减; [0017] 所述 N+1条微带线的宽度相等且各微带线的长度按照 微带线的分布顺序以中间 n条微带线的长度为基准向两侧递减, 当 n〉l吋, 所述中间 n条微带线的长度相 等, 其中, N和 n均为大于 0的正整数。

[0018] 优选的, 所述次谐波混频模块还包括限流电阻 R1和限流电阻 R2, 其中, 限流 电阻 R1串联在二极管 D1的负极和所述次谐波混频模块的输入输出端 间, 限流 电阻 R2串联在二极管 D2的正极和所述次谐波混频模块的输入输出端 间。

[0019] 优选的, 所述中频信号滤波模块为平行耦合微带线带通 滤波器或滤波电容。

[0020] 本发明实施例还提供一种 Ka波段高频头, 所述 Ka波段高频头包括如前所述次 谐波混频器。

发明的有益效果

有益效果

[0021] 本发明与现有技术相比, 其有益效果在于:

[0022] 通过利用反向并联的肖特基二极管的偶次谐波 的混频特性, 对高频信号和本振 信号进行混频得到中频信号, 以实现次谐波混频器的二次谐波混频功能, 可在 获得较好混频功能的同吋大大降低次谐波混频 器的生产制造成本。

对附图的简要说明

附图说明

[0023] 图 1是本发明实施例一提供的次谐波混频器的基 结构框图;

[0024] 图 2是本发明实施例二提供的本振信号滤波模块 两阶平行耦合微带结构的示 意图;

[0025] 图 3是本发明实施例二提供的高频信号滤波模块 五阶平行耦合微带结构的示 意图;

[0026] 图 4是本发明实施例三提供的次谐波混频模块的 体结构框图。

本发明的实施方式

[0027] 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白, 以下结合附图及实施例 , 对本发明进行进一步详细说明。 应当理解, 此处所描述的具体实施例仅用以 解释本发明, 并不用于限定本发明。 [0028] 实施例一

[0029] 如图 1所示, 在本实施例中, 次谐波混频器包括本振信号滤波模块 10、 高频信 号滤波模块 20、 次谐波混频模块 30及中频信号滤波模块 40。

[0030] 次谐波混频模块 30包括反向并联的肖特基二极管对, 所述肖特基二极管对包括 二极管 D1和二极管 D2, 其中, 二极管 D1的正极和二极管 D2的负极共接构成次谐 波混频模块 30的输入端, 二极管 D1的负极和二极管 D2的正极共接构成次谐波混 频模块 30的输入输出端。

[0031] 本振信号滤波模块 10的输入端接入本振信号, 高频信号滤波模块 20的输入端接 入高频信号、 高频信号滤波模块 20的输出端接次谐波混频模块 30的输入端, 次 谐波混频模块 30的输入输出端与本振信号滤波模块 10的输出端和中频信号滤波 模块 40的输入端共接, 中频信号滤波模块 40的输出端输出中频信号。

[0032] 本振信号滤波模块 10对接入的本振信号进行滤波后输出给次谐波 频模块 30, 高频信号滤波模块 20对接入的高频信号进行滤波后输出给次谐波 频模块 30, 次谐波混频模块 30对滤波后的本振信号和滤波后的高频信号进 混频得到中频 信号并输出给中频信号滤波模块 40, 中频信号滤波模块 40对所述中频信号进行 滤波后得到滤波后的中频信号并输出。

[0033] 本实施例通过采用反向并联的肖特基二极管作 为次谐波混频模块, 利用反向并 联的肖特基二极管的偶次谐波的混频特性, 对高频信号和本振信号进行混频得 到中频信号, 以实现次谐波混频器的二次谐波混频功能, 可在获得较好混频功 能的同吋大大降低次谐波混频器的生产制造成 本。

[0034] 实施例二

[0035] 本实施例是对实施一中的次谐波滤波器内部器 件结构的进一步细化。

[0036] 在本实施例中, 本振信号滤波器模块 10和高频信号滤波模块 20均采用平行耦合 微带线带通滤波器。

[0037] 本振信号滤波器模块 10的微带线结构为 M阶平行耦合微带结构, 所述 M阶平行 耦合微带结构包括沿各微带线长度方向相互平 行设置的 M+1条微带线;

[0038] 所述 M+1条微带线等间距或不等间距分布, 当所述 M+1条微带线不等间距分布 吋, 相邻微带线之间的间距以中间两条微带线之间 的间距为基准向两侧递减; [0039] 所述 M+l条微带线的宽度相等且各微带线的长度按照 微带线的分布顺序以中间 m条微带线的长度为基准向两侧递减, 当 m〉l吋, 所述中间 m条微带线的长度相 等, 其中, M和 m均为大于 0的正整数。

[0040] 高频信号滤波模块 20的微带线结构为 N阶平行耦合微带结构, 所述 N阶平行耦 合微带结构包括沿各微带线长度方向相互平行 设置的 N+1条微带线;

[0041] 所述 N+1条微带线等间距或不等间距分布, 当所述 N+1条微带线不等间距分布 吋, 相邻微带线之间的间距以中间两条微带线之间 的间距为基准向两侧递减; [0042] 所述 N+1条微带线的宽度相等且各微带线的长度按照 微带线的分布顺序以中间 n条微带线的长度为基准向两侧递减, 当 n〉l吋, 所述中间 n条微带线的长度相 等, 其中, N和 n均为大于 0的正整数。

[0043] 如图 2所示, 本实施中优选本振信号滤波器模块 10的微带线结构为两阶平行耦 合微带结构, 两阶平行耦合微带结构包括沿各微带线长度方 向相互平行设置的 三条微带线 11 13 ;

[0044] 三条微带线 11~13的长度依次为 117.5mil、 235mil、 117.5mil (图中仅用尺寸标 注线示意出微带线 11的长度) , 三条微带线 11~13的宽度 D均为 16mil (图中仅用 尺寸标注线示意出微带线 12的宽度) , 三条微带线 11~13中相邻两条微带线之间 的间距均为 5mil (图中仅用尺寸标注线示意出微带线 12和 13之间的间距) 。

[0045] 在本实施例中, 本振信号滤波模块 10接入的本振信号的频率范围为 9.03GHz~9.

22GHz, 经所述两阶平行耦合微带结构滤波后输出的本 振信号的中心频率为 ~9.1 25GHz, 输出的本振信号的频率在〜 9.2GHz处的反射系数小于 -50dB。

[0046] 在具体应用中, 本振信号滤波器模块 10的微带线的尺寸可在上述尺寸的基础之 上根据设计要求进行优化微调, 并不局限于上述尺寸。

[0047] 如图 3所示, 本实施中优选高频信号滤波模块 20的微带线结构为五阶平行耦合 微带结构, 所述五阶平行耦合微带结构包括沿各微带线长 度方向相互平行设置 的六条微带线 21~26;

[0048] 六条微带线 21~26的长度依次为 105mil、 215mil、 215mil、 215mil、 215mil、 105 mil (图中仅用尺寸标注线示意出微带线 21的长度) , 所述六条微带线的宽度均 为 15mil (图中仅用尺寸标注线示意出微带线 22的宽度) , 所述六条微带线中相 邻两条微带线之间的间距依次为 12mil、 27mil、 30mil、 27mil、 12mil (图中仅用 尺寸标注线示意出微带线 23和 24之间的间距) 。

[0049] 在本实施例中, 高频信号滤波模块 20在接入的高频信号的频率范围在 19.2GHz~ 20.2GHz范围内吋具有较好的滤波特性, 所述高频信号经所述五阶平行耦合微带 结构滤波后的 3dB带宽为〜 2.87GHz, 输入反射系数小于 -20dB。

[0050] 采用本实施例所述提供的次谐波滤波器, 当肖特基二极管对输入的高频信号的 频率为 20.2GHz、 输入功率为 -35dBm, 输入的本振信号的频率为 9.125GHz、 输 入功率为 5dBm吋, 经过混频后产生的本振次谐波信号的频率为〜 18.25GHz, 最 后混频输出的中频信号的频率为 1.95GHz (中频信号频率的计算公式为: 高频信 号频率—2倍本振信号频率 =20.2GHz -9.125GHz*2=1.95GHz) 。

[0051] 在具体应用中, 本振信号滤波器模块 10和高频信号滤波模块 20所采用的平行耦 合微带线带通滤波器均可通过镀铜或者镀铜加 沉银工艺, 形成在 PCB上, 厚度为 17μηι~34μιη, 可以通过选定频率范围内的本振信号和所需的 Ka波段高频信号。

[0052] 实施例三

[0053] 本实施是对实施例一或实施例二所提供的次谐 波滤波器的进一步细化。

[0054] 如图 4所示, 在本实施例中, 次谐波混频器还包括与本振信号滤波模块 10的输 入端连接的低噪声放大器 50, 本振信号经由低噪声放大器 50放大之后再输出给 本振信号滤波模块 10进行滤波。

[0055] 本实施例中, 次谐波混频模块 30还包括限流电阻 R1和限流电阻 R2, 其中, 限 流电阻 R1串联在二极管 D1的负极和次谐波混频模块 30的输入输出端之间, 限流 电阻 R2串联在二极管 D2的正极和次谐波混频模块 30的输入输出端之间。

[0056] 在具体应用中, 限流电阻 R1和限流电阻 R2用于在温度变化吋, 起到稳定肖特 基二极管的电流的作用, 以避免温度变化对肖特基二极管造成的电流漂 移影响

; 限流电阻 R1和限流电阻 R2可以选用热敏电阻、 可调电阻、 定值电阻等多种类 型的电阻。

[0057] 本实施例中, 中频信号滤波模块 40为平行耦合微带线带通滤波器。

[0058] 在具体应用中, 为了减小次谐波混频器的面积, 中频信号滤波模块 40也可以选 用滤波电容代替。 [0059] 在一实施例中, 本发明还提供一种应用于 Ka波段卫星通信领域的收发机上的 K a波段高频头, 所述 Ka波段高频头包括如前所述次谐波混频器。

[0060] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已, 并不用以限制本发明, 凡在本发明的 精神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等, 均应包含在本发明的保 护范围之内。