【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于射频/毫米波/太赫兹无线通信集成电路，旨在对传统谐波正交混频器电路结构进行改进，特别是一种高性能小型化单片集成的谐波iq正交下混频器。
技术介绍
1、混频器是射频、毫米波、太赫兹无线通信系统收发前端集成电路中的关键部件。发射机前端将要发射的低频信号转换成高频信号，接收机前端将接受到的高频信号转换成低频信号，频率转换功能就是由混频器实现的。相较于基波混频，谐波混频可以降低本振信号频率至所需频率的1/2、1/4等，从而大大降低本振电路设计难度；同时，谐波混频具有更高的本振/射频信号隔离度、更少的谐波产物等优点。
2、考虑到混频器后期的应用场景、镜像信号抑制以及信息容量等因素，常将iq镜像抑制体制引入设计。图1为传统iq谐波混频器的原理框图，其中本振信号经功分器14一分为二，之后经单巴伦15进行单端到差分信号的转换并通过匹配结构16加载到晶体管的栅极；射频信号经朗格90°耦合器5实现iq正交信号产生，之后经过电路匹配结构12后由功分器13一分为二加载在晶体管漏极；中频信号经低通滤波器后进行中频放大输出。该结构的优势为本振信号与高频信号的隔离度较高，因为加载到i路或q路两个晶体管上的本振信号为0/180度差分信号，泄露到漏极的两基波信号相位相反、相互抵消。同时该结构存在以下需改进提升点：随着频率的提升，过多的无源器件的引入会产生较大的能量耗散，致使变频损耗增大，同时造成芯片面积较大，电路带宽减小；该电路结构需额外的片外隔直电容，电容的引入会缩窄中频输出信号的频率范围，减少混频器后期的应用场景。此外，还有另外一种
3、如上所述，虽然谐波混频器具有一定的优点，但是现有技术存在主要包括面积大、带宽小、隔离差、驻波差、效率低等方面的缺陷，因而需要进一步改进。
技术实现思路
1、本专利技术针对传统谐波正交混频器电路存在的面积大、无源器件过多、变频效率低、设计难度高等问题，提出了一种基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，以提升混频器的各项性能。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，包括：
4、90°耦合器，用于加载射频输入信号，实现单端射频输入信号到iq正交射频信号的产生，并实现单端射频信号输入匹配及正交射频信号间的隔离特性；
5、180°多功能混合结，用于加载本振输入信号、iq正交射频信号、直流偏置信号，实现单端本振信号到两对差分信号的产生、实现射频正交信号功率分配以产生两对iq正交射频信号、实现直流偏置信号的分配，并实现所述180°多功能混合结的信号输入端的匹配和隔离特性，同时辅以尺寸缩小技术：补偿电容技术和冗余线技术，实现180°多功能混合结的小型化设计；
6、电阻型无源混频单元，用于将iq正交两条路径上的本振信号和射频信号进行混频得到中频信号；
7、中频放大器，用于将iq正交两条路径上产生的中频信号进行放大；
8、输出缓冲器，用于输出iq正交两条路径上混频产生的中频信号，并实现输出匹配；
9、基级偏置电路，用于产生混频单元所需的偏置电压，并实现直流与高频(本振、射频)信号间的隔离特性。
10、上述谐波正交混频器中，所述90°耦合器的结构是根据具体指标需求进行设计成的基于耦合线设计的90°耦合器、基于电容电感电阻设计的集总90°耦合器或者基于传输线设计的分布式90°耦合器。
11、上述谐波正交混频器中，所述180°多功能混合结可以工作在两个不同频段，通过设计可使180°多功能混合结的工作频段涵盖射频信号频率和本振信号频率。
12、上述谐波正交混频器中，所述180°多功能混合结的结构有多种，例如，基于耦合线设计的180°多功能混合结、基于电容/电感/电阻设计的集总180°多功能混合结或者基于传输线设计的分布式180°多功能混合结等，可根据具体指标需求进行设计。
13、进一步的，所述180°多功能混合结可采用弯折线耦合线或传输线的紧凑结构对180°多功能混合结的面积进行进一步缩减。
14、上述谐波正交混频器中，所述180°多功能混合结的补偿电容小型化技术实现结构具体为单个电容、多个电容并联或基于传输线的分布式电容结构。
15、上述谐波正交混频器中，所述180°多功能混合结的冗余线小型化技术实现结构具体为单个传输线、基于电容电感电阻设计的集总冗余结构或基于枝节线的冗余结构。
16、上述谐波正交混频器中，所述180°多功能混合结的直流偏置信号分配结构具体为零欧姆传输线、基于电容的电容阵列或基于传输线的分布式电容结构。
17、上述谐波正交混频器中，所述电阻型无源混频单元为由两个晶体管构成的单平衡式混频单元；通过所述180°多功能混合结，将本振信号、射频信号和直流偏置信号直接加载在电阻型无源混频单元中的两个晶体管的基级，通过晶体管的非线性进行混频；所述电阻型无源混频单元中两个晶体管的发射级接地，提供直流及射频到地回路；所述电阻型无源混频单元中两个晶体管的集电极连接在一起，产生中频信号，该集电极同时作为本振信号的虚地点对本振信号进行滤波。
18、上述谐波正交混频器中，所述中频放大器为由电阻反馈型放大器的多级级联；该中频放大器直接与所述电阻型无源混频单元的中频输出端相连，同时对电阻型无源混频单元中晶体管的集电极进行直流偏置；中频放大器为根据具体指标需求进行设计成的基于bjt晶体管的电阻反馈型放大器或基于mos晶体管的反向器的放大器。
19、上述谐波正交混频器中，所述输出缓冲器为由晶体管和电阻构成的射级跟随器；输出缓冲级直接与上述中频放大器的输出端相连，对它们的集电极一同进行电压偏置；所述输出缓冲器为根据具体指标需求进行设计成的基于bjt晶体管的射级跟随器或基于mos晶体管的源级跟随器。
20、上述谐波正交混频器中，所述基级偏置电路根据具体指标需求进行设计成基于电阻分压的偏置结构、基于电流镜的偏置结构或基于电阻分压和电流镜的复合偏置结构。
21、所述谐波正交下混频器可以为二次谐波混频器、三次谐波混频器、四次谐波混频器或更高次谐波混频器中的一种。
22、所述谐波正交下混频器的实现形式可以基于硅基、锗硅或三五族化合物半导体材料体系实现，其集成形式可以是集成电路形式，也可以是混合集成形式。
23、本专利技术的有益效果如下：
24、1、本专利技术通过设计180°多功能混合结的工作频率可适用于各次谐波混频电路，使得整个谐波正交下混频器不仅限于二次、三次谐波混频电路，也适用于高次谐波混频；
25、2、本专利技术中180°多功能混合结的结构具有多样性，可以包括基于耦合线的180°多功能混合结、基于集总元件的180°多功能混合结或基于分布式元件的180°多功能混本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于：所述90°耦合器的结构是根据具体指标需求进行设计成的基于耦合线设计的90°耦合器、基于电容电感电阻设计的集总90°耦合器或者基于传输线设计的分布式90°耦合器。
3.根据权利要求1所述的基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于：所述180°多功能混合结的工作频段涵盖射频信号频率和本振信号频率，并能实现直流偏置信号的分配。
4.根据权利要求1所述的基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于：所述180°多功能混合结的结构是根据具体指标需求进行设计成的基于耦合线设计的180°多功能混合结、基于电容电感电阻设计的集总180°多功能混合结或者基于传输线设计的分布式180°多功能混合结。
5.根据权利要求1所述的基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于：所述180°多功能混合结的补偿电容小型化技术的实现结构具体为单个电容、多个电容并联
6.根据权利要求1所述的基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于：所述180°多功能混合结的冗余线小型化技术实现结构具体为单个传输线、基于电容电感电阻设计的集总冗余结构或基于枝节线的冗余结构。
7.根据权利要求1所述的基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于：所述180°多功能混合结的直流偏置信号分配结构具体为零欧姆传输线、基于电容的电容阵列或基于传输线的分布式电容结构。
8.根据权利要求1所述的基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于：所述电阻型无源混频单元为由两个晶体管构成的单平衡式混频器；将所述180°多功能混合结输出端的本振信号、射频信号和直流偏置信号直接加载在所述电阻型无源混频单元中的两个晶体管的基级，通过晶体管的非线性进行混频；所述电阻型无源混频单元中两个晶体管的发射级接地，提供直流及射频到地回路；所述电阻型无源混频单元中两个晶体管的集电极连接在一起，作为中频输出端产生中频信号，该中频输出端同时作为本振信号的虚地点对本振信号进行滤波。
9.根据权利要求8所述的基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于：所述中频放大器由电阻反馈型放大器的多级级联构成，所述电阻反馈型放大器中包括晶体管和反馈电阻；对于任一所述电阻反馈型放大器，其中的反馈电阻位于晶体管的基级和集电极之间，集电极通过第一集电极供电电阻与电源电压直接相连，晶体管发射级接地提供直流和射频到地回路，反馈电阻的两端即分别对应所述中频放大器的输入端(8’3)和所述中频放大器的输出端(8’4)；所述中频放大器直接与所述电阻型无源混频单元的中频输出端相连，同时对所述电阻型无源混频单元中晶体管的集电极进行电压偏置；所述中频放大器为根据具体指标需求进行设计成的基于BJT晶体管的电阻反馈型放大器或基于MOS晶体管的反向器的放大器。
10.根据权利要求9所述的基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于：所述输出缓冲器为由晶体管和电阻构成的射级跟随器；输出缓冲器直接与所述中频放大器的输出端相连，对所述中频放大器的晶体管的集电极一同进行电压偏置；所述输出缓冲器为根据具体指标需求进行设计成的基于BJT晶体管的射级跟随器或基于MOS晶体管的源级跟随器。
11.根据权利要求1所述的基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于：所述基级偏置电路为根据具体指标需求进行设计成的基于电阻分压的偏置结构、基于电流镜的偏置结构或基于电阻分压和电流镜的复合偏置结构。
12.根据权利要求1所述的基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于：所述单片集成谐波正交下混频器为二次谐波混频器、三次谐波混频器、四次谐波混频器或更高次谐波混频器中的一种。
13.根据权利要求1所述的基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于：所述单片集成谐波正交下混频器的实现形式是基于硅基、锗硅或三五族化合物半导体材料体系实现，其集成形式是集成电路形式或者混合集成形式。
...【技术特征摘要】
1.一种基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于：所述90°耦合器的结构是根据具体指标需求进行设计成的基于耦合线设计的90°耦合器、基于电容电感电阻设计的集总90°耦合器或者基于传输线设计的分布式90°耦合器。
3.根据权利要求1所述的基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于：所述180°多功能混合结的工作频段涵盖射频信号频率和本振信号频率，并能实现直流偏置信号的分配。
4.根据权利要求1所述的基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于：所述180°多功能混合结的结构是根据具体指标需求进行设计成的基于耦合线设计的180°多功能混合结、基于电容电感电阻设计的集总180°多功能混合结或者基于传输线设计的分布式180°多功能混合结。
5.根据权利要求1所述的基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于：所述180°多功能混合结的补偿电容小型化技术的实现结构具体为单个电容、多个电容并联或基于传输线的分布式电容结构。
6.根据权利要求1所述的基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于：所述180°多功能混合结的冗余线小型化技术实现结构具体为单个传输线、基于电容电感电阻设计的集总冗余结构或基于枝节线的冗余结构。
7.根据权利要求1所述的基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于：所述180°多功能混合结的直流偏置信号分配结构具体为零欧姆传输线、基于电容的电容阵列或基于传输线的分布式电容结构。
8.根据权利要求1所述的基于新型多功能混合结的单片集成谐波正交下混频器，其特征在于：所述电阻型无源混频单元为由两个晶体管构成的单平衡式混频器；将所述180°多功能混合结输出端的本振信号、射频信号和直流偏置信号直接加载在所述电阻型无源混频单元中的两个晶体管的基级，通过晶体管的非线性进行混频；所述电阻型无源混频单元中两个晶体管的发射级接地，提供直流及射频到地...
【专利技术属性】
技术研发人员：张亮，程序，韩江安，罗显虎，王子西，林长星，邓贤进，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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