一种基于CS/CG有源巴伦的MMIC平衡式超宽带倍频器制造技术

一种基于ＣＳ／ＣＧ有源巴伦的ＭＭＩＣ平衡式超宽带倍频器，属于电子通信技术领域，涉及微波毫米波超宽带倍频器集成技术。包括基于ＣＳ／ＣＧ有源巴伦等幅反相功分电路、倍频单元电路、功率合成电路和宽带放大单元电路，所有单元电路全部集成在一个单芯片上；基波输入信号经等幅反相功分电路分为等幅反相的两路信号，然后分别经倍频单元电路倍频后再经功率合成单元电路同相合成，最后经宽带放大单元电路放大后输出所需的宽带倍频信号。本发明专利技术利用ＣＳ／ＣＧ有源巴伦作为等幅反相功分电路，并在ＣＳ／ＣＧ有源巴伦的基础上结合增益补偿技术，提供了一种新型ＭＭＩＣ平衡式超宽带倍频器。与同类超宽带倍频器相比，本发明专利技术具有同等优良的带宽和变频增益，且结构相对简单、更有利于集成。

【技术实现步骤摘要】

一种基于CS/CG有源巴伦的MMIC平衡式超宽带倍频器，属于电子通信
，涉 及微波毫米波超宽带倍频器集成技术。
技术介绍
当今无线通信中，工作频率不断提高，微波毫米波频段的信号源通常都采用倍频器的方 式来实现从较低频率的参考信号源倍频获取所需频率的信号，这种方式获取的信号的相位噪 声性能比直接采用高频振荡器获取的信号的相位噪声性能好。此外，无线通信信号工作频率 越来越高、频带越来越宽，涉及了微波和毫米波频段，因此超宽带或多波段频率源是必不可 少的关键电路，而采用超宽带的倍频器不但可满足此类频率源的要求，还可以降低此类频率 源的设计难度。同时，随着微波毫米波通信技术的迅速发展，人们对通信设备的要求越来越 高，体积小，重量轻，可靠性高，稳定性好等优点使得微波单片集成电路(MMIC)在微波 通信领域逐渐取代了波导系统和混合集成电路。微波单片集成电路是用半导体工艺把有源器件、无源器件和微波传输线、互连线等全部 制作在一片砷化镓或硅片上而构成的集成电路。在单片集成电路加工工艺的进步下，目前倍 频器的主要研究热点是有源倍频方式。大量基于pHEMT (赝匹配高电子迁移率管)工艺研制 的宽带有源倍频器的带宽已接近两个倍频程。超过两个倍频程的超宽带倍频器的设计方法通 常有两种 一种方式是采用分布式倍频结构，但是此倍频结构的电路直流功耗大、基波抑制 度不好，不适于通信设备；另一种方式是采用超宽带平衡式倍频结构，此结构具有基波抑制 度高的优点，可减小基波信号对通信设备其他部分的干扰。通常超宽带MMIC平衡式倍频器电路结构如图1所示，由集成在同一芯片的等幅反相功分电路、倍频单元电路、功率合成单元电路和宽带放大单元电路组成。其基本工作原理为基波输入信号经等幅反相功分电路分为等幅反相的两路信号，然后分别经倍频单元电路倍频 后再经功率合成单元电路同相合成，最后经宽带放大单元电路放大后输出所需的宽带倍频信 号。输入基波信号被分为等幅反相的信号，在输出端合成时将反相抵消，而倍频后的信号相 位相同，在输出端合成时将同相相加，因此该结构对输入基波信号抑制度高，可减小基波信 号对通信设备其他部分的干扰。此种倍频器对电路结构的对称性要求高，两支路的幅度和相 位的不平衡都会造成倍频器基波信号抑制度变差、变频增益变小。现有的一种2-40GHz超宽带MMIC平衡式倍频器结构如图2所示(见F. Raay， G. Kompa,"A 2-40 GHZ PHEMT MMIC ACTIVE BALUN FREQUENCY DOUBLER," 2, Ewra/^朋M/cTOwm;e Om/, Munich, 1999, pp. 349-352.)。它的电路结构为超宽带平衡式倍频结 构，包括采用差分放大单元作为等幅反相功分电路、由两个推挽共源pHEMT管组成的倍频 单元。射频(RF)信号通过差分放大单元后等幅反相分配到倍频单元，在倍频单元输出口等 幅同相合成为一路信号输出。采用此结构可实现大于4个倍频程的超宽带二倍频输出，但由于采用了差分放大单元， 因此该电路的功耗大，而且差分放大单元中的电流源是超宽带设计中的难点，使得整个倍频 器集成难度很大。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于CS/CG有源巴伦的MMIC平衡式超宽带倍频器，利用CS/CG有源 巴伦作为平衡式倍频器的等幅反相功分电路，采用偏置在器件夹断电压的pHEMT管作为倍 频单元，最后通过增益补偿实现平衡式超宽带倍频信号输出。与同类超宽带倍频器相比，本 专利技术具有同等优良的带宽和变频增益，且结构相对简单、更有利于集成。本专利技术的详细技术方案为一种基于CS/CG有源巴伦的MMIC平衡式超宽带倍频器，如图1所示，包括等幅反相 功分电路、倍频单兀电路、功率合成电路和宽带放大单元电路，所有单元电路全部集成在一 个单芯片上。基波输入信号经等幅反相功分电路分为等幅反相的两路信号，然后分别经倍频 争元电路倍频后再经功率合成单元电路同相合成，最后经宽带放大单元电路放大后输,屮,所需的宽带倍频信号。所述等幅反相功分电路如图3所示，为CS/CG有源巴伦；所述CS/CG有源巴伦包括一个 CSFET (共源三极管)、 一个CGFET (共栅三极管)和CS/CG FET的偏置电路基波输入 信号经CS FET输出与基波输入信号等幅反相的信号，基波输入信号经CG FET输出与基波输入信号等幅同相的信号。所述倍频单元电路为阻性倍频单元电路，如图5如所示，由两个直流偏置在夹断电压的 倍频管构成。如图5如所示，所述功率合成单元电路为一简单的输入、输出端口阻抗相匹配 的T接头网络。栅偏电压Vgs分别通过电阻Rl和电阻R2为第一倍频管和第二倍频管提供栅 极偏置电压，漏偏电压V&通过T接头网络为第一倍频管和第二倍频管提供漏极偏置电压； 等幅反相功分电路输出的等幅反相的信号fe第一倍频管的栅极，等幅反相功分电路输出的等幅同相的信号接第二倍频管的栅极；第一、第二倍频管输出的倍频信号通过输入、输出端口 阻抗相匹配的T接头网络合成一路信号输出。所述宽带放大争元电路由前端的分布式放大部分和后端的CS放大部分组成。其中分布式 放大部分为功率合成后的倍频信号提供超宽带增益补偿，CS放大部分补偿分布式放大部分在 超宽带范围内的增益不平坦度。所述分布式放大部分和CS放大部分如图6所示，其中分布 式放大部分由三个放大管和若干微带传输线组成，放大管和微带线共同构成分布式放大器的 虚拟传输线，实现超宽带输入、输出匹配和放大性能；CS放大部分由两个CS放大管组成， 通过调节CS放大管的输入、输出匹配电路改变CS放大单元的增益曲线，补偿增益不平坦度。需要说明的是，根据倍频器变频增益指标的不同要求，上述的分布式放大部分和CS放大 部分可单独采用，也可以综合采用；并且放大部分中的放大管的个数也可根据指标要求进行增减。本专利技术所提供的基于CS/CG有源巴伦的MMIC平衡式超宽带倍频器，其实质在于利用 CS/CG有源巴伦作为等幅反相功分电路，并在CS/CG有源巴伦的基础上结合增益补偿技术， 提供了一种新型MMIC平衡式超宽带倍频器。与同类超宽带倍频器相比，本专利技术具有同等优 良的带宽和变频增益，且结构相对简单、更有利于集成。附图说明图1为通常超宽带MMIC平衡式倍频器电路结构示意图。 图2为现有的一种超宽带MMIC平衡式倍频器结构示意图。 图3为CS/CG有源巴伦结构示意图。图4为本专利技术具体实施方式中提供的一种具体的CS/CG有源巴伦结构示意图。图5为本专利技术提供的MMIC平衡式超宽带倍频器中倍频单元电路和功率合成电路的结构示意图。图6为本专利技术提,的MMIC平衡式超宽带倍频器中宽带放大单元电路的结构示意图。 图7为本专利技术所述的3-50GHz超宽带MMIC平衡式倍频器的变频增益和基波抑制测试结果。具体实施例方式一种基于CS/CG有源巴伦的MMIC平衡式超宽带倍频器，包括等幅反相功分电路、倍频单元电路、功率合成电路和宽带放大单元电路，所有单元电路全部集成在一个单芯片上； 基波输入信号经等幅反相功分电路分为等幅反相的两路信号，然后分别经倍频单元电路倍频 后冉经功率合成单元电路同相合成，最后经宽带放大单元电路放大后输出所需的宽带倍频信所述等幅反相功分电路为CS/CG有源巴伦，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＣＳ／ＣＧ有源巴伦的ＭＭＩＣ平衡式超宽带倍频器，包括等幅反相功分电路、倍频单元电路、功率合成电路和宽带放大单元电路，所有单元电路全部集成在一个单芯片上；基波输入信号经等幅反相功分电路分为等幅反相的两路信号，然后分别经倍频单元电路倍频后再经功率合成单元电路同相合成，最后经宽带放大单元电路放大后输出所需的宽带倍频信号；　其特征在于，所述等幅反相功分电路为ＣＳ／ＣＧ有源巴伦；所述ＣＳ／ＣＧ有源巴伦包括一个ＣＳ　ＦＥＴ、一个ＣＧ　ＦＥＴ和ＣＳ／ＣＧ　ＦＥＴ的偏置电路：基波输入信号经ＣＳ　ＦＥＴ输出与基波输入信号等幅反相的信号，基波输入信号经ＣＧ　ＦＥＴ输出与基波输入信号等幅同相的信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇，杨涛，杨自强，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]