[发明专利]一种S波段高线性度、低噪声以及低增益的下变频有源混频器

说明书

技术领域

本发明涉及一种S波段高线性度、低噪声以及低增益的下变频有源混频器,涉及无线收发系统频率变换模块电路的设计，属于无线电子通信技术领域。

背景技术

目前，在无线通信中，频率转换是必不可少的，接收机部分需要将射频信号转换为中低频率以实现信号处理与信息提取，发射机部分需要将中低频信号转换为射频信号以实现传输。而混频器是实现频谱搬移的模块，在无线收发系统中，混频器占有一个非常重要的地位。混频器设计的重要性还体现在另一个方面，混频器的线性度决定了收发系统的动态范围，而混频器的噪声系数决定着整个系统的灵敏度，混频器的转换增益直接影响着整个系统的增益大小。

目前，现有传统的混频器的设计按照工作原理主要分为有源混频器与无源混频器两大类，有源混频器与无源混频器的划分的依据一般是按照是否提供正增益来确定的，若转换增益为正值则认为是有源混频器，否则即是无源混频器。

目前，现有传统的有源混频器的设计大部分是基于Gilbert型单元进行设计的，在其基础上进行电路结构拓展，以实现提高混频器性能的目的。线性度一般是以输出压缩1dB点的值来度量，而现有的有源混频器一般都以较大的增益来实现提高输出压缩1dB点的目标，并且来抑制噪声系数的大小，但是这么做的缺陷也很明显，就是大大增加了系统的功耗，与目前无线通信设备的趋于小型化、低功耗以及高性能的设计理念和发展趋势不符。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的S波段高线性度、低噪声以及低增益的下变频有源混频器，本发明应用于下变频接收机中，本发明能够在低增益条件下提高混频器的线性度以及噪声性能，本发明采用的结构是基于吉尔伯特(Gilbert)型单元，本发明采用线性化技术以及降噪技术以提高有源混频器性能，本发明还设计了本振驱动电路以提供一个较好的本振输入信号并提高整体电路性能。本发明由跨导级电路、开关级电路、负载级电路、本振驱动电路组成；所述本振驱动电路与开关级电路连接，所述负载级电路、开关级电路、跨导级电路依次连接。

本发明采用吉尔伯特(Gilbert)型电路拓扑结构，本发明的跨导级电路由两个晶体管构成，用于完成射频电压信号到电流信号的转变。一个简化的跨导级输入电路分析方式如公式(1)所示：

IIP3=43|α1||α3|=323IDKRF---(1)]]>

所述IIP3是度量混频器线性度的一个参数，公式(1)中，α₁及α₃分别代表一阶和三阶交调因子，I_D是混频器跨导级电流，K_RF是跨导级晶体管参数。由公式(1)能够看出混频器跨导级电流越大，线性度越好，小的跨导级晶体管尺寸也能够使混频器线性度提高，但是小尺寸的跨导级晶体管也会引起噪声贡献的增加，本发明在此充分考虑了在噪声以及线性度之间的折衷。

本发明的开关级电路由四个相同的双极型晶体管以及两个注入电流源构成，用于完成射频信号与本振信号的混频以及电流注入功能，由于双极型晶体管相对于MOS晶体管来说具有较低的闪烁噪声，而且双极型晶体管对于本振信号幅度的要求要小得多，所以本发明采用双极型晶体管作为开关管，而由于获得一个较好的开关性能以及噪声性能要求开关管电流不能很大，这与跨导级的大电流要求不符，本发明的所述的开关级电路采用电流注入技术以解决上述矛盾。