[发明专利]交流小信号驱动射频微波混频器

说明书

交流小信号驱动射频微波混频器，晶体管漏极和源极其中一端接地，另一端连接反馈网络输入端、高通支路输入端和低通支路输出端，低通支路输入端接交流小信号；反馈网络输出端接晶体管栅极，通电后电路中含谐波成分的电流由反馈网络进行选频并耦合送到晶体管栅极进行放大，被放大的频率成分再通过反馈网络进行选频并耦合送到晶体管栅极进行再放大，经过有限次后趋于稳定状态产生本振信号；射频信号经过输入匹配网络后接入晶体管的栅极与本振信号进行混频得到中频信号，中频信号经过高通支路和输出选频网络后输出混频器。单只晶体管能实现半周期工作，两只晶体管能实现全周期工作。

技术领域

本发明属于电子学技术的射频微波混频器技术领域，涉及一种利用交流小信号直接驱动的射频微波混频器，基于阈值电压以下晶体管的寄生电容和第一电感构成谐振选频网络。

背景技术

混频器是电子学中的基本器件，其主要功能是完成频率的变换。在无线电日益发展的今天，射频微波混频器成为广泛使用的电子器件。目前，有源混频器和无源混频器被广泛应用。无源混频器具有较低的噪声，其线性度也较好，但是其带宽较窄，适用于更高要求的接收机设计。有源混频器能够提供好的带宽特性，但是其噪声也会因此升高，线性度也比较低，因此它适用于较低的动态范围。

以晶体管为基础的射频微波混频器因为其变频增益高，所以在中短波接收机和测量仪器中被广泛采用。由于晶体管工作时需要设置直流偏置工作点（或称静态工作点），从能量的角度而言就是晶体管需要电源提供直流能量，所以此类以晶体管为基础的射频微波混频器工作时也需要电源提供直流能量。现有电子学体系几乎完全建立在以直流电为基础的器件和设备之上，然而对于现存工作频率为50赫兹的交流市电，要获取电子设备所需要的直流电源，必须经过各种交直流转换。若需要获得射频能量，以现有微波混频器的工作方式为例，需要先把交流市电转换成直流电，再将直流能量转换为射频微波能量，在此过程中存在两次能量转换损失，并且转换装置也会带来成本开销。

发明内容

针对上述有源混频器中以晶体管为基础的射频微波混频器由于需要电源提供直流能量，而导致的在交直流转换中存在能量转换损失的问题，本发明在有源混频器的基础上直接利用交流电代替直流电源为射频微波混频器中晶体管提供直流能量，既实现了无源混频器，解决了交直流转换的能量损耗，并节省了充电设备的成本开销；又保留了有源混频器的带宽优势，具有交流直接驱动和能耗低的特点。

本发明的设计要点是在晶体管的阈值电压以下，利用交流小信号（如工频信号）对晶体管的等效电抗进行时变驱动，利用该时变驱动实现参量放大，单只晶体管能够在半个工频周期内实现放大工作，两只晶体管能够实现全工频周期放大。

本发明采用单只晶体管实现半周期工频直接驱动射频微波混频器的技术方案为：

交流小信号驱动射频微波混频器，所述射频微波混频器在交流小信号工作周期的半周期内工作，所述交流小信号的频率低于射频微波混频器本振信号频率的十分之一；

所述射频微波混频器包括晶体管、第一电感、输入匹配网络、输出选频网络、反馈网络和馈电网络，所述输入匹配网络的输入端连接射频信号，其输出端连接晶体管的栅极，设置所述输入匹配网络的工作频率等于所述射频信号的频率；所述馈电网络包括高通支路和低通支路，所述晶体管的漏极和源极其中一端接地，另一端连接所述反馈网络的输入端、高通支路的输入端和低通支路的输出端；所述反馈网络输出端连接所述晶体管的栅极；所述低通支路的输入端连接所述交流小信号；所述高通支路的输出端连接所述输出选频网络的输入端，所述输出选频网络的输出端作为所述射频微波混频器的输出端；利用晶体管的寄生栅源电容、栅漏电容或漏源电容在阈值电压以下与第一电感串联或并联构成谐振选频网络，设置晶体管的寄生栅源电容、栅漏电容或漏源电容的电容值C和第一电感的电感值L满足，设置所述输出选频网络和反馈网络的工作频率等于，为所述射频微波混频器本振信号的角频率。