[发明专利]一种基于DHBT工艺的有源毫米波亚谐波单片集成混频器电路

说明书

技术领域

本发明属于毫米波系统和半导体集成电路领域，具体涉及一种基于DHBT工艺的有源毫米波亚谐波单片集成混频器的设计。

背景技术

随着技术发展，通讯设备和雷达系统工作频率也逐步提高，高端产品目前已达数十GHz的毫米波段，这些系统都需要与其频率相应的混频器模块。特别的，在U波段和W波段，市场对稳定而且低成本的混频器电路的需求更加迫切。这是由于，一方面，传统的基于阻性二极管的无源混频器集成度低，变频损耗大，限制了基于该混频器的系统的发展；另一方面，因为在60GHz至110GHz之间，缺少可用的，高输出功率，杂散少，体积小，可靠性高的频率源进行配套，在低频段比较常用的基波混频器电路很难在这个频率范围得到广泛应用。

因此，在毫米波高端应用的混频器电路，呈现出两个重要特点，一是依托高频三端电子器件的发展，如DHBT和HEMT，将混频器采用全集成的单片集成电路(MMIC)方式实现，二是大力发展谐波混频电路，减少对毫米波高频段高性能本振信号源的依赖。目前这两个重要特点有多种结合方式：第一，使用基于阻性二极管的倍频链对低频本振信号源倍频输出所需要的高频信号，利用集成电路技术设计高频段的基波混频器，再将两者结合起来实现混频；第二，使用如上的电路，但是通过集成电路技术，对阻性二极管倍频链进行单片集成，可适当减小电路规模，提高部分性能；然而，最彻底的方式便是把倍频链集成进混频器电路内，或者直接设计单片集成的亚谐波混频器。

发明内容

本发明提出了一种应用在U波段和W波段的基于DHBT工艺的有源毫米波亚谐波单片集成混频器电路。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于DHBT工艺的有源毫米波亚谐波单片集成混频器电路，包括本振二倍频电路、射频输入缓冲级电路、混频电路和中频输出缓冲级电路，通过本振二倍频电路将一个低频的大功率输入信号二倍频，生成的二次谐波信号与经射频输入缓冲级缓冲的射频输入信号一起进入混频电路混频，再通过中频输出缓冲放大器输出，实现在本振二次谐波频段上的下混频功能。

所述本振二倍频电路采用星型匹配网路拓展端口带宽，其输出端通过一支本振基波旁路线抑制本振信号向射频和中频端口的泄露。

所述射频输入缓冲级电路中的射频输入信号，通过一支级联放大器进行缓冲，增强射频端口对本振的基波和各次谐波信号的抑制能力。

所述混频电路中，射频输入缓冲级电路输出的射频信号和本振二倍频电路产生的本振二次谐波混频分别连接十字线片上电容中上层金属的两个端口，同时，混频电路中的混频管和混频管偏置线分别连接十字线片上电容中下层金属的两个端口，电容上下层实现直流隔离，混频电路使用一个小尺寸的三端口匹配网路，配合四端口的十字线形态片上电容，形成紧凑的管间互联。

所述中频输出缓冲级电路使用射级跟随器进行缓冲和驱动，改善三阶交调性能并且实现中频频段的匹配。

所述本振使用U波段低端和Ka波段的输入功率源，电路结构实现在W波段和U波段高端的下混频。

所述亚谐波单片集成混频器使用DHBT器件设计，其中，本振二倍频电路使用DHBT器件设计，可以获得较高的倍频增益；射频输入缓冲级电路使用DHBT器件设计，可以获得较好的线性度；混频电路使用DHBT器件设计，在合适的偏置下可获得较好的非线性分量输出，其中即包括所需要的下混频分量输出；中频输出缓冲级电路使用DHBT器件设计，可以增强驱动能力。

所述亚谐波单片集成混频器具体的适用范围是：本振输入信号在30GHz至55GHz，经过内置二倍频产生60GHz至110GHz的二次谐波，和与其偏差在5GHz以内的射频信号混频，生成处于直流到5GHz之间的中频信号，总的射频带宽为10GHz。

综合上述，本发明得到的有益效果是：此设计通过内部的倍频电路来提升本振输入信号频率，不需要使用U波段或者W波段的频率源，而所使用频段较低的Ka波段频率源，其相位噪声和频率稳定度相对要好。同时此设计有较好的LO/2LO-RF的隔离性能，中频输出端口的驱动能力也有专门的输出级来保障，具有一定的变频增益和较低的噪声系数，增强了使用本发明的U波段和W波段微波系统在设计上的灵活性，避免了使用传统基波无源混频器后对系统中其它电路模块性能有较高要求的矛盾局面出现。

附图说明

图1为本发明基于DHBT的毫米波亚谐波混频器电路原理图；

图2为本发明混频管部分电路中有四个独立端口的十字线电容三维示意图。