CN203368401U - 一种多功能倍频器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多功能倍频器，包括输入低通滤波器、两个同向串联的肖特基二极管对、输出带通滤波器、两段串联四分之一波长开路线、高频扼流电路以及第一相位调节传输线、第二相位调节传输线和第三相位调节传输线。本实用新型提供的多功能倍频器，电路结构简单、倍频杂散小，可用于小型化、高集成度的宽带频率综合器或多模收发信机中。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种应用于微波、毫米波频段的倍频器，该倍频器可以同时实现低杂散的二次及三次倍频器，尤其适用于通信或电子对抗领域的频率源。
背景技术
频率源是通信以及雷达系统的心脏，随着现代通信系统数据容量的井喷式发展，信号带宽往往高达数吉赫兹；另外，为了实现通信系统的小型化，多个频段的收发信机将集成一体化设计。例如，在电子对抗系统中，频率综合器的带宽往往覆盖某个或多个雷达频段，倍频器的在电子对抗的频率源系统中应用十分广泛，有时往往需要同时实现某个基准频率的二次以及三次倍频。再比如，在多模卫星通信系统中，若将Ka频段的发射机（本振约28GHz）与EHF波段的发射机（本振约42GHz）集成在一起，可通过将14GHz介质谐振振荡器分别通过二次倍频以及三次倍频获得。
通常情况下，二次倍频以及三次倍频分别由两个平衡式的倍频器来实现，这种平衡式倍频器具有倍频效率高、空闲电路简单并且杂散抑制高的优点。例如对于平衡式三倍频器，利用电路本身的结构特性，可以抑制偶次谐波，从而可以简化空闲电路的设计。但这种倍频器只能产生一个可用的谐波分量（二次或三次），若要将某个参考频率源同时进行二次或三次倍频，往往需要两个平衡式的二倍频器及三倍频器。
实用新型内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种结构简单、并可同时产生低杂散的二次及三次谐波的多功能倍频器。
技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种多功能倍频器，包括低通滤波器、高频扼流电路、带通滤波器、第一相位调节传输线、第二相位调节传输线、第三相位调节传输线、第一肖特基二极管、第二肖特基二极管、第一开路线和第二开路线；
所述第一肖特基二极管和第二肖特基二极管同向串联，记第一肖特基二极管和第二肖特基二极管的公共端为a接点，第二肖特基二极管的阳极接地；所述第一开路线和第二开路线串联，记第一开路线和第二开路线的公共端为b接点；
所述低通滤波器的输入端作为该倍频器的输入端、输出端通过第一相位调节传输线与a接点相连；
所述带通滤波器的输出端作为该倍频器的三倍频输出端、输入端通过第三相位调节传输线与a接点相连；
所述第一肖特基二极管的阴极与b接点和第二相位调节传输线的一端相连接，所述第二相位调节传输线的另一端作为该倍频器的二倍频输出端，同时第二相位调节传输线的另一端还与高频扼流电路的输出端相连。
具体的，所述低通滤波器使得基波信号可以通过，而三次谐波信号不能通过；所述带通滤波器使得三次谐波信号可以通过，而基波信号不能通过；所述第一开路线和第二开路线的输入信号波长为基波信号波长的四分之一。
具体的，所述高频扼流电路只允许直流信号通过，为第一肖特基二极管和第二肖特基二极管提供偏置。
低通滤波器可以通过基波信号，而抑制三次谐波信号；调整与低通滤波器相连的第一相位调节传输线的长度及宽度可以实现输入信号的阻抗匹配。
第二肖特基二极管的阴极接在两个在基波信号频率上为四分之一波长的第一开路线和第二开路线之间，这使得在第二肖特基二极管的阴极处所有的奇次谐波分量等效接地，而偶次谐波分量等效开路；该电路结构使得输入信号等幅同向分别加到第一肖特基二极管和第二肖特基二极管上。
在三倍频输出端，由于二极管非线性产生的几次谐波分量等幅同向叠加输出，而偶次谐波分量等幅反向叠加抵消，因此在三倍频输出端无需滤波器就能够得到较好的偶次谐波分量抑制性能；输出带通滤波器允许三次谐波通过，而功率幅度较大的基波分量则被发射回第一肖特基二极管和第二肖特基二极管，被重新加以利用。通过调整第三相位调节传输线的长度及宽度来实现三次倍频输出阻抗匹配。
在第一肖特基二极管的阴极处，偶次谐波信号可以输出，经过第二相位调节传输线进行阻抗匹配后输出。
为了进一步提高倍频器的倍频效率，在二倍频输出的支路上加入了直流偏置电路，调整偏置电压就可以优化倍频器的倍频效率。
有益效果：本实用新型提供的多功能倍频器，电路结构简单、倍频杂散小，可用于小型化、高集成度的宽带频率综合器或多模收发信机中。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为二倍频输出端的仿真结果；
图3为三倍频输出端的仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
如图1所示为一种多功能倍频器，包括低通滤波器1、高频扼流电路8、带通滤波器10、第一相位调节传输线2、第二相位调节传输线7、第三相位调节传输线9、第一肖特基二极管3、第二肖特基二极管4、第一开路线5和第二开路线6。
所述第一肖特基二极管3和第二肖特基二极管4同向串联，记第一肖特基二极管3和第二肖特基二极管4的公共端为a接点，第二肖特基二极管4的阳极接地；所述第一开路线5和第二开路线6串联，记第一开路线5和第二开路线6的公共端为b接点。
所述低通滤波器1的输入端作为该倍频器的输入端、输出端通过第一相位调节传输线2与a接点相连。
所述带通滤波器10的输出端作为该倍频器的三倍频输出端、输入端通过第三相位调节传输线9与a接点相连。
所述第一肖特基二极管3的阴极与b接点和第二相位调节传输线7的一端相连接，所述第二相位调节传输线7的另一端作为该倍频器的二倍频输出端，同时第二相位调节传输线7的另一端还与高频扼流电路8的输出端相连。
所述低通滤波器1使得基波信号可以通过，而三次谐波信号不能通过；所述带通滤波器10使得三次谐波信号可以通过，而基波信号不能通过；所述第一开路线5和第二开路线6的输入信号波长为基波信号波长的四分之一。
所述高频扼流电路8只允许直流信号通过，为第一肖特基二极管3和第二肖特基二极管4提供偏置。
所述输入低通滤波器1的截至频率设计在f0与3f0之间，可以通过输入的基波信号频率f0，而抑制三次谐波信号频率3f0，防止产生的三次谐波信号反馈到输入端。
所述第一开路线5和第二开路线6的长度为在基波频率f0上的四分之一波长，从而在所述第一肖特基二极管3的阴极处形成在基波频率的奇数倍上f0、3f0、5f0、…的等效接地，而在基波频率的偶数倍上2f0、4f0、6f0、…的等效开路。
所述第一肖特基二极管3和第二肖特基二极管4同向串联，形成肖特基串联二极管对，第二肖特基二极管4的阳极接地，第一肖特基二极管3的阴极在输入频率的奇次谐波上等效接地。这种结构使得在三倍频输出端的奇次谐波等幅同向叠加，偶次谐波等幅反向叠加，从而使得在三倍频输出端只存在奇次谐波；在二倍频输出端奇次谐波等幅反向叠加，而只存在偶次谐波。
所述带通滤波器10位于三倍频输出通道，用来选择三次谐波，而将基波信号反射回肖特基串联二极管对，再次参与倍频。
二次谐波输出端口虽然存在多个偶次谐波，但由于二次谐波显著大于其他偶次谐波，因此不需要通过带通滤波器来选择二次谐波。
所述第一相位调节传输线2、第二相位调节传输线7和第三相位调节传输线9用来实现倍频器的输入以及输出匹配，提高倍频器的倍频效率。
为了验证本实用新型的有效性，我们在Agilent公司的ADS软件对该倍频器电路进行仿真，仿真时假设输入基波频率为5GHz，基波信号功率为13dBm，仿真结果如图2及图3所示（其中横坐标为输出频率，纵坐标为输出功率）。
图2给出了二次倍频输出端口的谐波分量，从图中可以看出，二次谐波分量的功率值明显高于基波以及三次谐波功率值。
图3给出了三次倍频输出端口的谐波分量，从图中可以看出，三次谐波分量的功率值明显高于偶次谐波分量的功率值。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种多功能倍频器，其特征在于：包括低通滤波器（1）、高频扼流电路（8）、带通滤波器（10）、第一相位调节传输线（2）、第二相位调节传输线（7）、第三相位调节传输线（9）、第一肖特基二极管（3）、第二肖特基二极管（4）、第一开路线（5）和第二开路线（6）；
所述第一肖特基二极管（3）和第二肖特基二极管（4）同向串联，记第一肖特基二极管（3）和第二肖特基二极管（4）的公共端为a接点，第二肖特基二极管（4）的阳极接地；所述第一开路线（5）和第二开路线（6）串联，记第一开路线（5）和第二开路线（6）的公共端为b接点；
所述低通滤波器（1）的输入端作为该倍频器的输入端、输出端通过第一相位调节传输线（2）与a接点相连；
所述带通滤波器（10）的输出端作为该倍频器的三倍频输出端、输入端通过第三相位调节传输线（9）与a接点相连；
所述第一肖特基二极管（3）的阴极与b接点和第二相位调节传输线（7）的一端相连接，所述第二相位调节传输线（7）的另一端作为该倍频器的二倍频输出端，同时第二相位调节传输线（7）的另一端还与高频扼流电路（8）的输出端相连。
2.根据权利要求1所述的多功能倍频器，其特征在于：所述低通滤波器（1）使得基波信号可以通过，而三次谐波信号不能通过；所述带通滤波器（10）使得三次谐波信号可以通过，而基波信号不能通过；所述第一开路线（5）和第二开路线（6）的输入信号波长为基波信号波长的四分之一。
3.根据权利要求1所述的多功能倍频器，其特征在于：所述高频扼流电路（8）只允许直流信号通过，为第一肖特基二极管（3）和第二肖特基二极管（4）提供偏置。
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