一种带跨导增强技术和双LC匹配网络的宽带倍频器制造技术

本发明专利技术属于毫米波通信技术领域，涉及频率源中的倍频器，具体提供一种带跨导增强技术和双LC匹配网络的宽带倍频器，用以解决传统宽带倍频器存在的带宽窄、输出功率和效率较低等问题。本发明专利技术由输入匹配网络、二倍频级、共源缓冲器、宽带输出匹配网络组成；输入匹配网络采用四阶匹配网络，并配合能够减小输入阻抗虚部的电感，保障了倍频器的带宽性能；同时，宽带输出匹配网络采用由分流网络和串联网络构成的双LC输出匹配网络，提高了电路的宽带性能；另外，利用跨导增强技术将二倍频级的负载电感和作为缓冲级的共源放大器的源级电感进行耦合，提高了输出功率和效率；即本发明专利技术在提高倍频器宽带性能的同时，有效提高了倍频器的输出功率和效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种带跨导增强技术和双LC匹配网络的宽带倍频器


[0001]本专利技术属于毫米波通信
，涉及频率源中的倍频器，具体提供一种带跨导增强技术和双LC匹配网络的宽带倍频器。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术的发展，人们对信息量的要求越来越高，因此工作频率也越来越高，为了支持多频段业务和多标准应用，超宽的工作带宽已成为此类无线系统的巨大需求。此外，这种5G系统将需要复杂的调制方案，甚至高达256
‑
QAM，这就对射频电路的线性度、SNR和本振相位噪声的严格要求。
[0003]为了满足毫米波通信的发展与应用，需要一个高频的，具备优良优良带宽的本振信号，并且要求比较高的输出功率和效率。毫米波的高光谱纯度、高稳定性和高功率频率源的设计一直是一个具有挑战性的工作；实际上，随着设计频率的增加，满足严格的相位噪声和抖动要求的频率源变得更具挑战性。使用带有倍频器的低频稳定频率源来产生高频信号可以放宽性能指标，并且可以大大减少基本频率源和预分频器的功率速度折衷，从而减少了总体系统功率预算。因此，开发能够在毫米波宽频率范围内有效工作的高功率和高转换增益倍频器成为研究的热点。
[0004]最近，一种经典的宽带倍频器被研究者提出，其电路原理图如图8所示；其中，晶体管M1、M2构成二倍频级，源级接地，漏极连接电感L2；电容C3和C
b
为旁路电容，微带传输线TL1和TL2为匹配传输线，电感L1和电容C2为输出阻抗匹配网络；输入信号先经过带有补偿电容C1的巴伦将单端信号转换为差分信号，然后经过微带传输线TL1和TL2从栅极注入倍频级，通过倍频级后，基波信号被抑制，并通过输出匹配网络提取出二次谐波信号，完成倍频的功能。该宽带倍频器虽然结构简单，但也存在诸多问题：
[0005](1)倍频器的输入阻抗虚部变化快，匹配带宽窄；其结构输入端口均为MOSFET的栅极，晶体管尺寸小，输入阻抗虚部大，变化剧烈；使用微带传输线匹配，虽然也有一定的宽带效果，但占用了大量的面积，并且匹配网络也带来了很大的损耗；
[0006](2)宽带倍频器利用晶体管的非线性来提取二次谐波信号，由于二次谐波相对于基波信号较小，所以导致信号的输出功率和效率都较低；
[0007](3)宽带倍频器输出采用单LC阻抗匹配网络很难实现宽带匹配效果。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于针对上述传统宽带倍频器存在的带宽窄、输出功率和效率较低等问题，提供一种带跨导增强技术和双LC匹配网络的宽带倍频器。本专利技术提出采用了带跨导增强技术和双LC匹配网络的一种新型倍频器结构，利用跨导增强技术的共源放大器，提高了输出功率和效率，利用双LC匹配网络，改善了倍频器的宽带性能，另外基于四阶变压器的巴伦也为倍频器的带宽做出了很大贡献。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0010]一种带跨导增强技术和双LC匹配网络的宽带倍频器，由输入匹配网络、二倍频级、共源缓冲器、宽带输出匹配网络组成；其特征在于，
[0011]所述二倍频级由晶体管M
1n
、晶体管M
1p
、电感L1组成，晶体管M
1n
与晶体管M
1p
的源极相连、并接地，晶体管M
1n
与晶体管M
1p
的漏极相连、并连接电感L1，电感L1的另一端接供电电压VDD；
[0012]所述输入匹配网络由电感Lg1、电感Lg2、电容C
p1
、电容C
p2
以及输入巴伦组成，输入巴伦的初级线圈一端作为倍频器的输入端、另一端接地，输入巴伦的次级线圈两端分别通过电感Lg1、电感Lg2连向晶体管M
1n
、晶体管M
1p
的栅极，输入巴伦的次级线圈中心抽头接偏置电压V
b1
；电容C
p1
并接于输入巴伦初级线圈的两端，电容电容C
p2
并接于输入巴伦次级线圈的两端；
[0013]所述共源缓冲器由晶体管M2、电容C1及电感L2组成，晶体管M2的栅极通过电容C1连接晶体管M
1n
与晶体管M
1p
的漏极，晶体管M2的源极通过电感L2接地，晶体管M2的栅极通过偏置电阻连向偏置电压V
b2
，电感L2与电感L1相互耦合、形成变压器；
[0014]所述宽带输出匹配网络由电容C2、电容C3、电感L3及电感L4组成，电感L3与电容C2并联组成分流网络，一端连接晶体管M2的漏级、另一端接供电电压VDD；电容C3与电感L4串联组成串联网络，电容C3的另一端连接晶体管M2的漏级、电感L4的另一端作为倍频器的输出端。
[0015]进一步的，所述电感L2由主电感L
2a
与副电感L
2b
并联组成，且副电感L
2b
的尺寸大于主电感L
2a
的尺寸。
[0016]本专利技术的有益效果在于：
[0017]本专利技术提供一种带跨导增强技术和双LC匹配网络的宽带倍频器，由输入匹配网络、二倍频级、共源缓冲器、宽带输出匹配网络组成；输入匹配网络采用电容C
p1
、C
p2
与巴伦构成四阶匹配网络，并配合能够减小输入阻抗虚部的电感L
g
，保障了倍频器的带宽性能；同时，宽带输出匹配网络采用由分流网络和串联网络构成的双LC输出匹配网络，提高了电路的宽带性能；另外，利用跨导增强技术将二倍频级的负载电感和作为缓冲级的共源放大器的源级电感进行耦合，提高了输出功率和效率；由此可见，本专利技术提供一种带跨导增强技术和双LC匹配网络的宽带倍频器，在提高倍频器宽带性能的同时，有效提高了倍频器的输出功率和效率。
附图说明
[0018]图1为本专利技术中带跨导增强技术和双LC匹配网络的宽带倍频器的电路原理图。
[0019]图2为本专利技术实施例中输入匹配网络结构及其幅度响应曲线。
[0020]图3为本专利技术实施例中电感L1与电感L2形成的变压器的结构及其耦合系数。
[0021]图4为本专利技术实施例中双LC阻抗匹配输出网络的等效模型。
[0022]图5为本专利技术实施例中带跨导增强技术和双LC匹配网络的宽带倍频器的整体芯片图。
[0023]图6为本专利技术实施例中带跨导增强技术和双LC匹配网络的宽带倍频器的转换增益和基波抑制曲线。
[0024]图7为本专利技术实施例中带跨导增强技术和双LC匹配网络的宽带倍频器在输入功率为7dBm时的输出功率和效率曲线。
[0025]图8为经典宽带倍频器的电路原理图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。
[0027]本实施例提供一种带跨导增强技术和双LC匹配网络的宽带倍频器，其电路原理如图1所示，主要由输入匹配网络、二倍频级、共源缓冲器、宽带输出匹配网络四部分组成；其中，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带跨导增强技术和双LC匹配网络的宽带倍频器，由输入匹配网络、二倍频级、共源缓冲器、宽带输出匹配网络组成；其特征在于，所述二倍频级由晶体管M
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、晶体管M
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、电感L1组成，晶体管M
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与晶体管M
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的源极相连、并接地，晶体管M
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与晶体管M
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的漏极相连、并连接电感L1，电感L1的另一端接供电电压VDD；所述输入匹配网络由电感Lg1、电感Lg2、电容C
p1
、电容C
p2
以及输入巴伦组成，输入巴伦的初级线圈一端作为倍频器的输入端、另一端接地，输入巴伦的次级线圈两端分别通过电感Lg1、电感Lg2连向晶体管M
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、晶体管M
1p
的栅极，输入巴伦的次级线圈中心抽头接偏置电压V
b1
；电容C
p1
并接于输入巴伦初级线圈的两...

【专利技术属性】
技术研发人员：康凯，黄盛，吴韵秋，赵晨曦，刘辉华，余益明，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：