[发明专利]一种非线性传输线混频器

说明书

技术领域

本发明属于通讯、雷达等电子测量技术领域，特别涉及一种应用于微波、毫米波频段的非线性传输线混频器。

背景技术

混频器是现代通信、雷达以及测量系统的关键部件，实现信号的上变频或者下变频功能。混频器的各个指标中，输入1dB压缩点以及输入三阶交调点是用来评价混频器线性度的指标，并且存在一定的经验换算关系。这两个指标越高，其动态范围越大。一些特殊的通信或雷达系统会有大动态范围的要求，尤其是在测量系统中，对构成系统的各个射频组件都有比较高的动态范围要求。

混频器通常分为有源混频器及无源混频器。目前在微波毫米波频段，由肖特基二极管构成的无源混频器占绝大多数。无源混频器通常可以分为单管混频器、单平衡混频器(2只二极管)、双平衡混频器(4只二极管)以及三平衡混频器(8只二极管)。由于双平衡混频器以及三平衡混频器需要结构比较复杂的巴伦，因此双平衡混频器以及三平衡混频器一般在微波低频段较多。而在毫米波频段，一般是双平衡混频器居多。混频器的动态范围往往与构成混频器的二极管的数量存在线性关系，即二极管数量越多，混频器的动态范围越大。因此在微波高频段以及毫米波频段设计大动态范围的混频器是一个技术难点。

非线性传输线实现倍频是一种新的倍频机理，最早可以追溯到物理学中的“孤波”现象(1834年)。1973年“孤波”的概念首次被引入电磁领域，提出一个集总参数元件构成的阶梯网络，其传输函数支持孤波解。20世纪90年代兴起了对基于非线性传输线结构的宽带倍频技术的研究。非线性传输线在倍频器的应用中有两个重要的概念：1.利用传输线的色散特性以及肖特基二极管的非线性特性平衡作用的结果，在传输线上实现孤波传播。而孤波信号含有较多的谐波分量从而可以实现倍频。2.这种传输线结构具有低通特性，截止频率可以通过调整传输线以及二极管的参数来设置。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种可以实现低变频损耗、大动态范围的非线性传输线混频器。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种非线性传输线混频器，包括顺次相连的耦合器、高通滤波器、输入匹配电路、非线性传输线、输出匹配电路和低通滤波器；其中输出匹配电路前端连接有高频扼流电路，所述高频扼流电路并联接入信号通路。

进一步的，所述非线性传输线由N个并联的二极管以及N+1段串联的高阻抗线构成，其中N的数量大于1。

进一步的，所述非线性传输线由中N个并联二极管以及N+1段串联高阻抗线构成梯形网络，其中非线性传输线的输入及输出端为高阻抗线，每相邻两个高阻抗线之间并联有二极管；其中二极管阳极接地，N的数量大于1。

进一步的，所述高阻抗线为微带线、鳍线、波导或其他传输线。

进一步的，所述二极管为肖特基二极管。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明利用非线性传输线中含有多个肖特基二极管，结合肖特基二极管的非线性特性，并且将非线性传输线的截止频率设置为可以抑制二次、三次等高次谐波，从而可以实现低变频损耗、大动态范围的基波混频器。此外，利用基于非线性传输线的混频器的研究在国内外都属于空白。本发明提出的混频器具有高动态范围的优点。

本发明提出一种大动态范围的混频器电路。该电路基于非线性传输线，可集成多只肖特基二极管，有效提高混频器的动态范围。可用于微波毫米波通信、雷达系统，尤其是测量系统中。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为具体实施例中五只二极管非线性传输线混频器变频损耗仿真结果示意图；

图3为具体实施例中十只二极管非线性传输线混频器变频损耗仿真结果示意图；

图4为具体实施例中与本发明作为对比的混合环单平衡混频器变频损耗仿真结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

本发明提供了一种非线性传输线混频器包括射频本振耦合器1、高通滤波器2、输入匹配电路3、由肖特基二极管5和高阻抗线6构成的非线性传输线4、高频扼流电路7、输出匹配电路8以及低通滤波器9；本振射频本振耦合器1将射频信号以及本振信号耦合到信号通路，并同时实现本振信号及射频信号的隔离。本振及射频信号可以随后通过高通滤波器2及输入匹配电路3耦合到非线性传输线4。高通滤波器2的主要作用是防止产生的中频信号泄露到射频以及本振端口。非线性传输线4的截止频率与传输线的参数有如下关系：