[发明专利]双平衡式三倍频器

说明书

技术领域

本发明涉及微波通信技术领域，特别是涉及一种双平衡式三倍频器。

背景技术

倍频器是用来实现频率倍增，把输入的基波频率倍频到需要的谐波频率上，使其输出需要的谐波功率的器件。倍频器的引入可以有效降低本地振荡器 (LO) 频率，这对毫米波系统来说，缓解了极高频本地振荡器的设计需要，极高频本地振荡器对工艺要求极为苛刻，容易出现频率不稳、线性度低、芯片一致性低、并且难以直接锁相，所以倍频器能够提高整个系统的稳定性和降低成本。

目前毫米波段三倍频器主要采用肖特基二极管或者异质节势垒变容管作为非线性器件，同时波导结构以及基片集成波导 (SIW) 结构在高频段的毫米波三倍频器中被大量采用，目的是利用波导腔体的传输特性实现三次谐波内的基波和二次谐波良好抑制能力。但是这种非平面工艺结构将极大影响毫米波系统的小型化、高集成度化和低成本化。

目前基于平面工艺上的三倍频器仍然没能够很好解决除三次谐波外各次谐波 (包括基波) 的抑制问题，这直接影响整个系统的频谱纯洁性和三次倍频效率，需要额外的复杂匹配枝节电路或者滤波网络来补偿，这增加了电路设计难度和成本。近年来，单平衡式三倍频器因其对称的结构、简易的设计方法和简洁的版图面积获得了大量研究，其主要的拓扑结构有两种，如图1a及1b所示。

单平衡式三倍频器由一对 180°/180°或者 90°/90°电桥以及一对单终端倍频电路（XN）实现。一般来说，输入电桥 (输出相位差 a° ) 和输出电桥 (输出相位差 b° ) 的相位因数决定了 N 次谐波的输出。当满足：

N×a₁+b×N≈360°×i

N 次谐波信号将在输出端线性叠加。其中 N 是倍频数，i 是整数。根据这样的理论分析， 180°/180° 电桥的输出信号中，偶次谐波分量将相互抵消，而奇次谐波分量 (包括基波和三次谐波) 将在输出端线性叠加； 90°/90° 电桥的输出信号中，基波分量将相互抵消，而二次谐波分量将在输出端矢量叠加，需要的三次谐波分量将线性叠加。由此可见，但是无论两种拓扑结构中的哪一种都不能同时既实现基波的输出抑制也实现偶次谐波的输出抑制，仍然需要外置的匹配枝节电路或滤波器，这将影响非线性单元的匹配特性，降低三次谐波的倍频效率以及输出三次谐波的功率。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有良好的各次谐波抑制能力的双平衡式三倍频器。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种双平衡式三倍频器，其至少包括：

90°第一输入电桥，其工作在基波频段；

分别连接所述90°第一输入电桥的一个输出端的两个90°第二输入电桥，均工作在基波频段；

分别连接一个90°第二输入电桥的一个输出端的4个倍频电路；

分别与两个倍频电路输出端连接的两个-90°输出电桥，均工作在三次谐波频段；以及

连接两个-90°输出电桥输出端的合路器。

优选地，所述90°第一输入电桥与所述90°第二输入电桥结构相同。

优选地，所述90°第一输入电桥采用90° 的 3dB 输入电桥；更为优选地，所述90°第一输入电桥包括3dB Lange Coupler。

优选地，倍频电路采用工作在 C 类功放区域的MOSFET 单管电路。

优选地，所述-90°输出电桥采用-90° 的 3dB 输出电桥；更为优选地，所述-90°输出电桥包括3dB Lange Coupler。

优选地，所述合路器包括威尔金森功分器。

如上所述，本发明的双平衡式三倍频器的优点包括：所有元器件均可由平面电路工艺实现，结构简单，易于集成；此外，在不需要外置滤波器下，能实现较好的谐波抑制特性。

附图说明

图1a及1b显示为现有技术的单平衡式三倍频器拓扑结构示意图。

图2显示为本发明的双平衡式三倍频器拓扑结构示意图。

图3显示为本发明的双平衡式三倍频器的90°的 3dB 输入电桥结构示意图。

图4显示为本发明的双平衡式三倍频器的倍频电路结构示意图。

图5显示为本发明的双平衡式三倍频器的-90°的 3dB 输出电桥结构示意图。

图6显示为本发明的双平衡式三倍频器的合路器结构示意图。

具体实施方式