一種通過(guò)對(duì)消抑制輸出本振諧波幅度的混頻器及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過(guò)對(duì)消抑制輸出本振諧波幅度的混頻器及方法，屬于微波技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著通信衛(wèi)星技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星通信容量不斷增加，系統(tǒng)對(duì)星載微波接收機(jī)的設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高，主要體現(xiàn)在高的集成度、較小的體積尺寸、較高的諧雜波抑制度等。而目前，在通信衛(wèi)星有效載荷轉(zhuǎn)發(fā)器中微波接收機(jī)的頻率變換往往存在本振基波或諧波離輸出中頻頻率非常近，或者直接落在中頻工作頻帶內(nèi)(如低本振、高中頻的接收機(jī)變頻模式)，造成濾波器對(duì)本振諧波抑制難度極高或根本無(wú)法進(jìn)行抑制的情況，從而影響了接收機(jī)的性能。
[0003]混頻器作為星載微波接收機(jī)中的一種核心的微波器件，其性能好壞直接影響著接收機(jī)的性能?；祛l器有多種類型，包括單終端、單平衡、雙平衡形式，隨著星載有源產(chǎn)品對(duì)集成度的要求越來(lái)越高，目前，航天產(chǎn)品星載接收機(jī)中的混頻器基本采用MMIC集成的雙平衡混頻器或單平衡混頻器，具有體積小、一致性好、可靠性高的特點(diǎn)，但這類混頻器對(duì)本振諧波的抑制能力非常有限，對(duì)于高中頻、低本振變頻模式的接收機(jī)應(yīng)用來(lái)講，本振的二次或高次諧波往往離輸出中頻頻率非常近，或者直接落在中頻工作頻帶內(nèi)，造成濾波器設(shè)計(jì)難度巨大或根本無(wú)法直接濾除，帶來(lái)了接收機(jī)射頻鏈的復(fù)雜或接收機(jī)帶內(nèi)雜波性能不達(dá)標(biāo)。
[0004]附圖3給出了傳統(tǒng)的混頻器電路的設(shè)計(jì)實(shí)例。其中混頻器本振輸入信號(hào)為2.225GHz，射頻輸入信號(hào)為5.925GHz，最終輸出的中頻信號(hào)為3.7GHz及一系列諧雜波信號(hào)。
[0005]附圖3中頻信號(hào)產(chǎn)生除3.7GHz以外的一系列諧雜波信號(hào)是由于混頻器的非線性特性決定的。
[0006]附圖4給出了利用附圖3方案設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)混頻器最終的中頻信號(hào)輸出頻譜的仿真結(jié)果。圖中ml標(biāo)記了附圖2中所示的中頻3.7GHz信號(hào)；m2標(biāo)記了附圖2中所示的本振2.225GHz信號(hào)；m3標(biāo)記了附圖2中所示的本振二次諧波4.45GHz信號(hào)；m4標(biāo)記了附圖2中所示的本振三次諧波6.675GHz信號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題為:克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種通過(guò)對(duì)消抑制輸出本振諧波幅度的混頻器及方法，通過(guò)在傳統(tǒng)混頻器電路結(jié)構(gòu)中加入0°功分器、180°耦合橋和50 Ω匹配負(fù)載，很好的對(duì)消抑制了傳統(tǒng)混頻器電路中中頻信號(hào)輸出端的常見(jiàn)的本振基波和諧波信號(hào)，重點(diǎn)解決星載微波接收機(jī)高中頻、低本振變頻模式下，本振諧波抑制困難或無(wú)法抑制的難題，大大降低了射頻鏈路的設(shè)計(jì)難度。該新設(shè)計(jì)電路主要包括兩個(gè)混頻器、0°功分器和180°親合橋。
[0008]本發(fā)明解決的技術(shù)方案為:一種通過(guò)對(duì)消抑制輸出本振諧波幅度的混頻器，包括0°功分器、第一混頻器、第二混頻器、第一 50 Ω匹配負(fù)載、第二 50Ω匹配負(fù)載、180°耦合橋；第一混頻器包括本振端、射頻端和中頻輸出端，第一混頻器、第二混頻器結(jié)構(gòu)相同；
[0009]由外部本振源送來(lái)的本振信號(hào)通過(guò)0°功分器，將外部本振信號(hào)功分為兩個(gè)幅度相等、相位相同的本振信號(hào)，分別饋入第一混頻器、第二混頻器的本振端，兩個(gè)等幅同相的本振信號(hào)中的一路與第一混頻器射頻端饋入的射頻信號(hào)進(jìn)行混頻，第一混頻器中頻輸出端輸出的中頻信號(hào)、本振信號(hào)的基波及本振信號(hào)的諧波信號(hào)，送至180°耦合橋的第一輸入端口 ；兩個(gè)同幅同相的本振信號(hào)中的另一路送至第二混頻器的本振端，第二混頻器的射頻端接第一 50 Ω匹配負(fù)載，第二混頻器中頻輸出端僅輸出本振信號(hào)的基波及本振信號(hào)的諧波信號(hào)，送至180°耦合橋的第二輸入端口，180°耦合橋?qū)⒌谝换祛l器送來(lái)的中頻信號(hào)、本振信號(hào)的基波及本振信號(hào)的諧波信號(hào)和第二混頻器送來(lái)的同幅同相的本振信號(hào)的基波及本振信號(hào)的諧波信號(hào)，進(jìn)行功率合成，同幅同相本振信號(hào)的基波及本振信號(hào)的諧波信號(hào)幅度對(duì)消，中頻信號(hào)不變，合成信號(hào)分兩路輸出，第一路通過(guò)第二 50Ω匹配負(fù)載接地，第二路輸出至外部接收機(jī)中頻通道，本振基波及諧波信號(hào)對(duì)消抑制20dB以上而所需的中頻信號(hào)僅幅度降低3dB。
[0010]中頻輸出端輸出的中頻信號(hào)，除了包括混頻產(chǎn)生的中頻信號(hào)，還有本振信號(hào)及其諧波信號(hào)，是由第一混頻器和第二混頻器自身的非線性特性決定。
[0011 ] 一種通過(guò)對(duì)消抑制輸出本振諧波幅度的方法，步驟如下:
[0012](I)由外部本振源送來(lái)的本振信號(hào)通過(guò)0°功分器，將外部本振信號(hào)功分為兩個(gè)幅度相等、相位相同的本振信號(hào)，分別饋入第一混頻器、第二混頻器的本振端；
[0013](2)將步驟(I)兩個(gè)等幅同相的本振信號(hào)中的一路與第一混頻器射頻端饋入的射頻信號(hào)進(jìn)行混頻，第一混頻器中頻輸出端輸出的中頻信號(hào)、本振信號(hào)的基波及本振信號(hào)的諧波信號(hào)，送至180°耦合橋的第一輸入端口 ；
[0014](3)將步驟(I)兩個(gè)同幅同相的本振信號(hào)中的另一路送至第二混頻器的本振端，第二混頻器的射頻端接第一 50 Ω匹配負(fù)載，第二混頻器中頻輸出端僅輸出本振信號(hào)的基波及本振信號(hào)的諧波信號(hào)，送至180°耦合橋的第二輸入端口 ；
[0015](4)180°耦合橋?qū)⒉襟E(2)第一混頻器送來(lái)的中頻信號(hào)、本振信號(hào)的基波及本振信號(hào)的諧波信號(hào)和步驟(4)第二混頻器送來(lái)的同幅同相的本振信號(hào)的基波及本振信號(hào)的諧波信號(hào)，進(jìn)行功率合成，同幅同相本振信號(hào)的基波及本振信號(hào)的諧波信號(hào)幅度對(duì)消，中頻信號(hào)不變，合成信號(hào)分兩路輸出，第一路通過(guò)第二 50Ω匹配負(fù)載接地，第二路輸出至外部接收機(jī)中頻通道，本振基波及諧波信號(hào)對(duì)消抑制20dB以上而所需的中頻信號(hào)僅幅度降低3dB0
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0017](I)本發(fā)明在傳統(tǒng)混頻器電路中加入了 0°功分器和180°耦合橋，在實(shí)現(xiàn)接收機(jī)頻率變換的同時(shí)可將兩個(gè)混頻器輸出的本振基波及其諧波信號(hào)對(duì)消抑制，使本振基波及諧波信號(hào)幅度抑制20dB以上，使接收機(jī)中頻通道無(wú)需再增加本振基波及諧波的高抑制腔體濾波器，縮小了接收機(jī)體積和重量，可使接收機(jī)實(shí)現(xiàn)小型化輕量化。
[0018](2)本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的0°功分器能夠?qū)崿F(xiàn)將外部本振源輸入信號(hào)分成兩路等幅同相的本振信號(hào)輸入給兩個(gè)混頻器，作為激勵(lì)混頻器工作的本振信號(hào)。
[0019](3)本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的180°耦合橋?qū)陕坊祛l器中頻輸出端輸出的等幅同相本振基波及諧波信號(hào)進(jìn)行反相對(duì)消抑制20dB以上，而中頻信號(hào)僅損失3dB。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明電路圖；
[0021]圖2為本發(fā)明具體實(shí)例電路圖；
[0022]圖3為傳統(tǒng)混頻器電路圖；
[0023]圖4為傳統(tǒng)混頻器輸出頻譜；
[0024]圖5為本發(fā)明混頻器輸出頻譜。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明的基本思路為:提供一種通過(guò)對(duì)消抑制輸出本振諧波幅度的混頻器及方法，針對(duì)傳統(tǒng)的混頻器電路加入了 0°功分器、180°耦合橋和匹配負(fù)載，其電路原理是由外部本振源送來(lái)的本振信號(hào)通過(guò)0°功分器，將外部本振信號(hào)功分為兩個(gè)幅度相等、相位相同的本振信號(hào)，分別饋入第一混頻器、第二混頻器的本振端，第一混頻器射頻端饋入的射頻信號(hào)進(jìn)行混頻，第二混頻器的射頻端接第一 50 Ω匹配負(fù)載，第一混頻、第二混頻器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)180°耦合橋功率合成，輸出中頻信號(hào)、本振和本振諧波信號(hào)，本振基波及諧波信號(hào)對(duì)消抑制20dB以上而所需的中頻信號(hào)幅度僅降低3dB，很好的抑制了傳統(tǒng)混頻器中常見(jiàn)的本振基波和諧波信號(hào)。
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0027]來(lái)自外部本振源的本振信號(hào)通過(guò)0°功分器，輸出兩路同幅同相的本振信號(hào)LOl和L02，將兩路同幅同相的本振信號(hào)LOl和L02分別輸入到第一混頻器、第二混頻器的本振信號(hào)輸入端。第一混頻器將0°功分器送來(lái)的本振信號(hào)LOl與接收機(jī)外部送來(lái)的射頻信號(hào)RF進(jìn)行混頻，并且輸出中頻信號(hào)；第二混頻器的射頻端口通過(guò)第一 50Ω匹配負(fù)載接地，50歐姆匹配完成混頻器射頻端口與50歐姆微波傳輸線系統(tǒng)特征阻抗的匹配，消除射頻端口反射，本振端口將0°功分器送來(lái)的本振信號(hào)L02作為本振輸入信號(hào)，第二混頻器的中頻輸出端輸出本振基波和諧波信號(hào)。180°耦合橋?qū)⒌谝换祛l器、第二混頻器輸出的信號(hào)分別輸入給第一輸入端口和第二輸入端口，180°耦合橋的隔離端通過(guò)第二 50 Ω匹配負(fù)載電阻連接接地，50歐姆匹配負(fù)載完成耦合橋隔離端口與50歐姆