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1、(10)申请公布号 CN 103354442 A (43)申请公布日 2013.10.16 CN 103354442 A *CN103354442A* (21)申请号 201310292031.4 (22)申请日 2013.07.11 H03B 19/00(2006.01) (71)申请人 东南大学 地址 211189 江苏省南京市江宁区东南大学 路 2 号 (72)发明人 郭健 徐杰 崔寅杰 许正彬 钱澄 (74)专利代理机构 南京瑞弘专利商标事务所 ( 普通合伙 ) 32249 代理人 杨晓玲 (54) 发明名称 一种多功能倍频器 (57) 摘要 本发明公开了一种多功能倍频器， 包括输入 。
2、低通滤波器、 两个同向串联的肖特基二极管对、 输 出带通滤波器、 两段串联四分之一波长开路线、 高 频扼流电路以及第一相位调节传输线、 第二相位 调节传输线和第三相位调节传输线。本发明提供 的多功能倍频器， 电路结构简单、 倍频杂散小， 可 用于小型化、 高集成度的宽带频率综合器或多模 收发信机中。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103354442 A CN 103354442 A *CN103354442A* 1/1 页 2 。
3、1. 一种多功能倍频器， 其特征在于 ： 包括低通滤波器 （1） 、 高频扼流电路 （8） 、 带通滤波 器 （10） 、 第一相位调节传输线 （2） 、 第二相位调节传输线 （7） 、 第三相位调节传输线 （9） 、 第 一肖特基二极管 （3） 、 第二肖特基二极管 （4） 、 第一开路线 （5） 和第二开路线 （6） ； 所述第一肖特基二极管 （3） 和第二肖特基二极管 （4） 同向串联， 记第一肖特基二极管 （3） 和第二肖特基二极管 （4） 的公共端为 a 接点， 第二肖特基二极管 （4） 的阳极接地 ； 所述 第一开路线 （5） 和第二开路线 （6） 串联， 记第一开路线 （5） 和。
4、第二开路线 （6） 的公共端为 b 接点 ； 所述低通滤波器 （1） 的输入端作为该倍频器的输入端、 输出端通过第一相位调节传输 线 （2） 与 a 接点相连 ； 所述带通滤波器 （10） 的输出端作为该倍频器的三倍频输出端、 输入端通过第三相位调 节传输线 （9） 与 a 接点相连 ； 所述第一肖特基二极管 （3） 的阴极与 b 接点和第二相位调节传输线 （7） 的一端相连接， 所述第二相位调节传输线 （7） 的另一端作为该倍频器的二倍频输出端， 同时第二相位调节 传输线 （7） 的另一端还与高频扼流电路 （8） 的输出端相连。 2. 根据权利要求 1 所述的多功能倍频器， 其特征在于 ： 。
5、所述低通滤波器 （1） 使得基波 信号可以通过， 而三次谐波信号不能通过 ； 所述带通滤波器 （10） 使得三次谐波信号可以通 过， 而基波信号不能通过 ； 所述第一开路线 （5） 和第二开路线 （6） 的输入信号波长为基波信 号波长的四分之一。 3.根据权利要求1所述的多功能倍频器， 其特征在于 ： 所述高频扼流电路 （8） 只允许直 流信号通过， 为第一肖特基二极管 （3） 和第二肖特基二极管 （4） 提供偏置。 权 利 要 求 书 CN 103354442 A 2 1/3 页 3 一种多功能倍频器 技术领域 0001 本发明涉及一种应用于微波、 毫米波频段的倍频器， 该倍频器可以同时实现。
6、低杂 散的二次及三次倍频器， 尤其适用于通信或电子对抗领域的频率源。 背景技术 0002 频率源是通信以及雷达系统的心脏， 随着现代通信系统数据容量的井喷式发展， 信号带宽往往高达数吉赫兹 ； 另外， 为了实现通信系统的小型化， 多个频段的收发信机将集 成一体化设计。例如， 在电子对抗系统中， 频率综合器的带宽往往覆盖某个或多个雷达频 段， 倍频器的在电子对抗的频率源系统中应用十分广泛， 有时往往需要同时实现某个基准 频率的二次以及三次倍频。再比如， 在多模卫星通信系统中， 若将 Ka 频段的发射机 （本振约 28GHz） 与 EHF 波段的发射机 （本振约 42GHz） 集成在一起， 可通过。
7、将 14GHz 介质谐振振荡器 分别通过二次倍频以及三次倍频获得。 0003 通常情况下， 二次倍频以及三次倍频分别由两个平衡式的倍频器来实现， 这种平 衡式倍频器具有倍频效率高、 空闲电路简单并且杂散抑制高的优点。例如对于平衡式三倍 频器， 利用电路本身的结构特性， 可以抑制偶次谐波， 从而可以简化空闲电路的设计。但这 种倍频器只能产生一个可用的谐波分量 （二次或三次） ， 若要将某个参考频率源同时进行二 次或三次倍频， 往往需要两个平衡式的二倍频器及三倍频器。 发明内容 0004 发明目的 ： 为了克服现有技术中存在的不足， 本发明提供一种结构简单、 并可同时 产生低杂散的二次及三次谐波的。
8、多功能倍频器。 0005 技术方案 ： 为实现上述目的， 本发明采用的技术方案为 ： 0006 一种多功能倍频器， 包括低通滤波器、 高频扼流电路、 带通滤波器、 第一相位调节 传输线、 第二相位调节传输线、 第三相位调节传输线、 第一肖特基二极管、 第二肖特基二极 管、 第一开路线和第二开路线 ； 0007 所述第一肖特基二极管和第二肖特基二极管同向串联， 记第一肖特基二极管和第 二肖特基二极管的公共端为 a 接点， 第二肖特基二极管的阳极接地 ； 所述第一开路线和第 二开路线串联， 记第一开路线和第二开路线的公共端为 b 接点 ； 0008 所述低通滤波器的输入端作为该倍频器的输入端、 输。
9、出端通过第一相位调节传输 线与 a 接点相连 ； 0009 所述带通滤波器的输出端作为该倍频器的三倍频输出端、 输入端通过第三相位调 节传输线与 a 接点相连 ； 0010 所述第一肖特基二极管的阴极与 b 接点和第二相位调节传输线的一端相连接， 所 述第二相位调节传输线的另一端作为该倍频器的二倍频输出端， 同时第二相位调节传输线 的另一端还与高频扼流电路的输出端相连。 0011 具体的， 所述低通滤波器使得基波信号可以通过， 而三次谐波信号不能通过 ； 所述 说 明 书 CN 103354442 A 3 2/3 页 4 带通滤波器使得三次谐波信号可以通过， 而基波信号不能通过 ； 所述第一开。
10、路线和第二开 路线的输入信号波长为基波信号波长的四分之一。 0012 具体的， 所述高频扼流电路只允许直流信号通过， 为第一肖特基二极管和第二肖 特基二极管提供偏置。 0013 低通滤波器可以通过基波信号， 而抑制三次谐波信号 ； 调整与低通滤波器相连的 第一相位调节传输线的长度及宽度可以实现输入信号的阻抗匹配。 0014 第二肖特基二极管的阴极接在两个在基波信号频率上为四分之一波长的第一开 路线和第二开路线之间， 这使得在第二肖特基二极管的阴极处所有的奇次谐波分量等效接 地， 而偶次谐波分量等效开路 ； 该电路结构使得输入信号等幅同向分别加到第一肖特基二 极管和第二肖特基二极管上。 0015。
11、 在三倍频输出端， 由于二极管非线性产生的几次谐波分量等幅同向叠加输出， 而 偶次谐波分量等幅反向叠加抵消， 因此在三倍频输出端无需滤波器就能够得到较好的偶次 谐波分量抑制性能 ； 输出带通滤波器允许三次谐波通过， 而功率幅度较大的基波分量则被 发射回第一肖特基二极管和第二肖特基二极管， 被重新加以利用。通过调整第三相位调节 传输线的长度及宽度来实现三次倍频输出阻抗匹配。 0016 在第一肖特基二极管的阴极处， 偶次谐波信号可以输出， 经过第二相位调节传输 线进行阻抗匹配后输出。 0017 为了进一步提高倍频器的倍频效率， 在二倍频输出的支路上加入了直流偏置电 路， 调整偏置电压就可以优化倍频。
12、器的倍频效率。 0018 有益效果 ： 本发明提供的多功能倍频器， 电路结构简单、 倍频杂散小， 可用于小型 化、 高集成度的宽带频率综合器或多模收发信机中。 附图说明 0019 图 1 为本发明的结构示意图 ； 0020 图 2 为二倍频输出端的仿真结果 ； 0021 图 3 为三倍频输出端的仿真结果。 具体实施方式 0022 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。 0023 如图1所示为一种多功能倍频器， 包括低通滤波器1、 高频扼流电路8、 带通滤波器 10、 第一相位调节传输线 2、 第二相位调节传输线 7、 第三相位调节传输线 9、 第一肖特基二 极管 3、 第二肖特基二极管 4、 。
13、第一开路线 5 和第二开路线 6。 0024 所述第一肖特基二极管 3 和第二肖特基二极管 4 同向串联， 记第一肖特基二极管 3 和第二肖特基二极管 4 的公共端为 a 接点， 第二肖特基二极管 4 的阳极接地 ； 所述第一开 路线 5 和第二开路线 6 串联， 记第一开路线 5 和第二开路线 6 的公共端为 b 接点。 0025 所述低通滤波器 1 的输入端作为该倍频器的输入端、 输出端通过第一相位调节传 输线 2 与 a 接点相连。 0026 所述带通滤波器 10 的输出端作为该倍频器的三倍频输出端、 输入端通过第三相 位调节传输线 9 与 a 接点相连。 说 明 书 CN 103354。
14、442 A 4 3/3 页 5 0027 所述第一肖特基二极管 3 的阴极与 b 接点和第二相位调节传输线 7 的一端相连 接， 所述第二相位调节传输线 7 的另一端作为该倍频器的二倍频输出端， 同时第二相位调 节传输线 7 的另一端还与高频扼流电路 8 的输出端相连。 0028 所述低通滤波器 1 使得基波信号可以通过， 而三次谐波信号不能通过 ； 所述带通 滤波器 10 使得三次谐波信号可以通过， 而基波信号不能通过 ； 所述第一开路线 5 和第二开 路线 6 的输入信号波长为基波信号波长的四分之一。 0029 所述高频扼流电路 8 只允许直流信号通过， 为第一肖特基二极管 3 和第二肖特。
15、基 二极管 4 提供偏置。 0030 所述输入低通滤波器 1 的截至频率设计在 f0与 3f0之间， 可以通过输入的基波信 号频率 f0， 而抑制三次谐波信号频率 3f0， 防止产生的三次谐波信号反馈到输入端。 0031 所述第一开路线 5 和第二开路线 6 的长度为在基波频率 f0上的四分之一波长， 从 而在所述第一肖特基二极管 3 的阴极处形成在基波频率的奇数倍上 f0、 3f0、 5f0、的等效 接地， 而在基波频率的偶数倍上 2f0、 4f0、 6f0、的等效开路。 0032 所述第一肖特基二极管 3 和第二肖特基二极管 4 同向串联， 形成肖特基串联二极 管对， 第二肖特基二极管4的。
16、阳极接地， 第一肖特基二极管3的阴极在输入频率的奇次谐波 上等效接地。这种结构使得在三倍频输出端的奇次谐波等幅同向叠加， 偶次谐波等幅反向 叠加， 从而使得在三倍频输出端只存在奇次谐波 ； 在二倍频输出端奇次谐波等幅反向叠加， 而只存在偶次谐波。 0033 所述带通滤波器 10 位于三倍频输出通道， 用来选择三次谐波， 而将基波信号反射 回肖特基串联二极管对， 再次参与倍频。 0034 二次谐波输出端口虽然存在多个偶次谐波， 但由于二次谐波显著大于其他偶次谐 波， 因此不需要通过带通滤波器来选择二次谐波。 0035 所述第一相位调节传输线2、 第二相位调节传输线7和第三相位调节传输线9用来 实。
17、现倍频器的输入以及输出匹配， 提高倍频器的倍频效率。 0036 为了验证本发明的有效性， 我们在 Agilent 公司的 ADS 软件对该倍频器电路进行 仿真， 仿真时假设输入基波频率为 5GHz， 基波信号功率为 13dBm， 仿真结果如图 2 及图 3 所 示 （其中横坐标为输出频率， 纵坐标为输出功率） 。 0037 图 2 给出了二次倍频输出端口的谐波分量， 从图中可以看出， 二次谐波分量的功 率值明显高于基波以及三次谐波功率值。 0038 图 3 给出了三次倍频输出端口的谐波分量， 从图中可以看出， 三次谐波分量的功 率值明显高于偶次谐波分量的功率值。 0039 以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出 ： 对于本技术领域的普通技术人 员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。 说 明 书 CN 103354442 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103354442 A 6 2/2 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 103354442 A 7 。