本發(fā)明屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固定中頻輸出的多功能混頻器。

背景技術(shù)：

混頻器是通信、雷達(dá)、微波測(cè)量以及遙感遙測(cè)等電子系統(tǒng)的重要部件，其主要功能是實(shí)現(xiàn)頻率變換的作用，即實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)與易于處理的中頻信號(hào)或者基帶信號(hào)之間的頻率轉(zhuǎn)換。在射頻發(fā)射機(jī)前端，混頻器將中頻信號(hào)或基帶信號(hào)變換到高頻段，以便進(jìn)行后續(xù)處理；反之，在射頻接收機(jī)前端，混頻器將高頻信號(hào)變換到中頻或基帶信號(hào)，以便進(jìn)行后續(xù)處理；因此，混頻器電氣特性的好壞將直接影響整個(gè)無(wú)線系統(tǒng)的性能。另外，微波振蕩器也是各類無(wú)線系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它作為能量轉(zhuǎn)換裝置將直流電轉(zhuǎn)換為具有一定頻率的交流電信號(hào)輸出；在傳統(tǒng)的無(wú)線系統(tǒng)中，混頻器和振蕩器作為關(guān)鍵器件常常是必不可少的：振蕩器的輸出信號(hào)常作為混頻器的本振信號(hào)；所以，在由混頻器和振蕩器組成的無(wú)線系統(tǒng)中，前端電路必然會(huì)占用大量的面積和增加系統(tǒng)的功耗。

多功能混頻器則可以有效地解決上述問(wèn)題，將振蕩器的功能也由混頻器實(shí)現(xiàn)，即為自振蕩混頻器(som)。自振蕩混頻是研究如何在一個(gè)有源器件上同時(shí)實(shí)現(xiàn)振蕩和混頻兩種功能的技術(shù)，som中振蕩電路產(chǎn)生的信號(hào)直接用作本振信號(hào)，利用產(chǎn)生該信號(hào)的有源器件與另一輸入的射頻信號(hào)混頻并產(chǎn)生中頻信號(hào)。

現(xiàn)有自振蕩混頻器(som)產(chǎn)生的本振信號(hào)均是固定的，因此，當(dāng)輸入信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，則中頻輸出信號(hào)必將給隨變化；但是，在雷達(dá)和微波測(cè)量領(lǐng)域，通常需要中頻信號(hào)固定，以便后端電路處理。介于此，本發(fā)明提供一種固定中頻輸出的多功能混頻器，實(shí)現(xiàn)固定中頻輸出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種固定中頻輸出的多功能混頻器，用于實(shí)現(xiàn)多功能混頻器的固定中頻輸出。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種固定中頻輸出的多功能混頻器，包括：場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fieldeffecttransistor，fet)、偏置電路、耦合器、中頻濾波器、相位調(diào)節(jié)電路、siw諧振器及變?nèi)荻O管；其特征在于，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管、耦合器、相位調(diào)節(jié)電路與siw諧振器構(gòu)成并聯(lián)反饋振蕩環(huán)路，射頻信號(hào)通過(guò)所述耦合器輸入振蕩環(huán)路，所述振蕩環(huán)路經(jīng)過(guò)所述中頻濾波器輸出中頻信號(hào)；所述相位調(diào)節(jié)電路用于調(diào)節(jié)振蕩環(huán)路相位為零；所述偏置電路用于為場(chǎng)效應(yīng)晶體管提供偏置電壓；所述變?nèi)荻O管連接于siw諧振器，用于調(diào)節(jié)siw諧振器諧振頻率。

進(jìn)一步的，上述多功能混頻器中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述變?nèi)荻O管的加載電壓，實(shí)現(xiàn)siw諧振器諧振頻率連續(xù)可調(diào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多功能混頻器固定中頻輸出。

本發(fā)明的工作原理為：本發(fā)明中siw諧振器為由雙面覆銅的介質(zhì)基片四周依次設(shè)置若干平行金屬化接地通孔形成的四端口siw諧振器，如圖4所示，其中輸入端和輸出端通過(guò)過(guò)渡結(jié)構(gòu)接入電路中，變?nèi)荻O管連接于其余端口中的任一端口，通過(guò)調(diào)節(jié)該變?nèi)荻O管的加載電壓即可實(shí)現(xiàn)siw諧振器諧振頻率連續(xù)可調(diào)，即為混頻器本振信號(hào)頻率連續(xù)可調(diào)；調(diào)節(jié)過(guò)程的等效機(jī)理如圖5所示，具體為：

siw振蕩器諧振頻率fr由圖中集總等效參數(shù)rr、lr和cr決定，并通過(guò)耦合系數(shù)分別為k1g和k1d的兩個(gè)變換器(過(guò)渡結(jié)構(gòu))與輸入、輸出端口連接；同時(shí)，通過(guò)耦合系數(shù)為k2的變換器與變?nèi)荻O管相連；則：

其中，q表示siw諧振器的品質(zhì)因數(shù)；c1是變?nèi)荻O管等效電容ct和寄生電容cs的串聯(lián)總電容：

由上式可知，當(dāng)調(diào)節(jié)變?nèi)荻O管加載電壓，使變?nèi)荻O管電容值相應(yīng)變化，即可實(shí)現(xiàn)siw振蕩器諧振頻率fr的連續(xù)可調(diào)。

本發(fā)明的有益效果在于：

一種固定中頻輸出的多功能混頻器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)振蕩與混頻功能，有效減少接收機(jī)前端體積的同時(shí)降低電路功耗；更重要的是，該多功能混頻器能夠?qū)崿F(xiàn)本振頻率連續(xù)可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)在輸入射頻信號(hào)頻率發(fā)生變化時(shí)，混頻輸出中頻頻率保持不變，即固定中頻輸出；同時(shí)，該多功能混頻器采用平面化設(shè)計(jì)，易于與其他電路集成。

附圖說(shuō)明

圖1為傳統(tǒng)混頻器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為傳統(tǒng)并聯(lián)反饋振蕩器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明固定中頻輸出的多功能混頻器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為實(shí)施例中加載變?nèi)荻O管的siw諧振器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為實(shí)施例中加載變?nèi)荻O管的siw諧振器等效電路圖。

圖6為實(shí)施例中固定中頻輸出的多功能混頻器布線圖。

圖7為實(shí)施例中固定中頻輸出的多功能混頻器的變頻增益隨頻率變化測(cè)量結(jié)果。

圖8為實(shí)施例中固定中頻輸出的多功能混頻器的相位噪聲測(cè)量結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

為了便于理解本發(fā)明，首先介紹傳統(tǒng)的接收機(jī)前端中混頻原理的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，如圖1所示為傳統(tǒng)混頻器的結(jié)構(gòu)，通過(guò)本振信號(hào)控制時(shí)變非線性元件實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻信號(hào)的頻率變換；如圖2所示為傳統(tǒng)并聯(lián)反饋振蕩器，其中反饋型振蕩器的環(huán)路滿足環(huán)路增益大于1且環(huán)路相位為零時(shí)，電路將滿足起振條件并產(chǎn)生振蕩信號(hào)。

本實(shí)施例提供一種固定中頻輸出的多功能混頻器，如圖3所示，包括：場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fieldeffecttransistor，fet)、偏置電路、耦合器、中頻濾波器、相位調(diào)節(jié)電路1、相位調(diào)節(jié)電路2、siw諧振器及變?nèi)荻O管；所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管、耦合器、相位調(diào)節(jié)電路1、相位調(diào)節(jié)電路2與siw諧振器構(gòu)成并聯(lián)反饋振蕩環(huán)路，射頻信號(hào)通過(guò)所述耦合器輸入振蕩環(huán)路，所述振蕩環(huán)路經(jīng)過(guò)所述中頻濾波器輸出中頻信號(hào)；所述相位調(diào)節(jié)電路1、相位調(diào)節(jié)電路2用于調(diào)節(jié)振蕩環(huán)路相位為零；所述偏置電路用于為場(chǎng)效應(yīng)晶體管提供偏置電壓；所述變?nèi)荻O管連接于siw諧振器，用于調(diào)節(jié)siw諧振器諧振頻率。

本實(shí)施例中固定中頻輸出的多功能混頻器工作在10-10.5ghz，其具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

步驟1、設(shè)計(jì)siw諧振器，由雙面覆銅的介質(zhì)基片四周依次設(shè)置若干平行金屬化接地通孔形成的四端口siw諧振器，如圖4所示，其中輸入端和輸出端通過(guò)過(guò)渡結(jié)構(gòu)接入電路中，其余端口中的任一端口向內(nèi)挖槽，然后與變?nèi)荻O管相連；本實(shí)施例中選用砷化鎵(gaas)變?nèi)荻O管，其型號(hào)為ma46h120，當(dāng)變?nèi)荻O管上的加載電壓由0v逐漸增大到16v時(shí)，siw諧振器的諧振頻率從10ghz增大到10.55ghz；

步驟2、選定hemt為非線性有源器件，其型號(hào)為atf36077；設(shè)計(jì)該器件的偏置電路，其漏極和柵極偏置電壓分別為2v和-0.1v；

步驟3、使用微帶線(相位調(diào)節(jié)電路)將atf3077、偏置電路及耦合器連接起來(lái)形成振蕩環(huán)路，通過(guò)調(diào)節(jié)各節(jié)微帶線的長(zhǎng)度使振蕩環(huán)路在振蕩頻率處的環(huán)路相位為零，之后進(jìn)行閉環(huán)仿真并對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；

步驟4、采用軟件仿真變?nèi)荻O管加載電壓對(duì)振蕩頻率的影響，并再次對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化以使得電路在各個(gè)振蕩頻率處的總體性能達(dá)到最優(yōu)，本實(shí)施例振蕩頻率在9.95ghz-10.4ghz連續(xù)可調(diào)，中頻信號(hào)的頻率選取1.5ghz；

步驟5、仿真結(jié)果滿足要求后進(jìn)行印刷電路板布線，如圖6所示；

步驟6、安裝并測(cè)量多功能混頻器，變頻增益和相位噪聲的測(cè)試結(jié)果分別如圖7和8所示，其中，測(cè)量得到的相位噪聲為-96dbc/hz@100khz。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，本說(shuō)明書中所公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換；所公開的所有特征、或所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以任何方式組合。