[发明专利]一种基于CS/CG有源巴伦的MMIC平衡式超宽带倍频器

说明书

技术领域

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。

背景技术

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，”in 29^thEuropean Microwave Conf.，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。

发明内容

本发明提供一种基于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，本发明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。

本发明的详细技术方案为：

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。

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CS FET(共源三极管)、一个CG FET(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。