專(zhuān)利名稱(chēng)：升頻變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種升頻變換器。在無(wú)線電通信系統(tǒng)中需要這樣的頻率變換器用于將中頻信號(hào)延遲至無(wú)線電傳輸規(guī)定的發(fā)射頻率。該無(wú)線電信號(hào)的波長(zhǎng)可位于毫米范圍內(nèi)。
通信系統(tǒng)中針對(duì)該波長(zhǎng)的不斷增加的集成范圍也增大了對(duì)節(jié)省空間的整體可集成的頻率變換器的需求增加。
如權(quán)利要求1所述的升頻變換器從Nishikawa等人的“Broadbandand Compact SiBJT Balanced Up-Converter MMIC using Si 3-D MMICTechnology”(IEEE MMT-S International Microwave Symposium2001，Phoenix，Arizona，USA，S.87-90)中公知。在該公知的頻率變換器中兩個(gè)待混合的信號(hào)(中頻信號(hào)和本地振蕩器信號(hào))分別推挽式地附在兩個(gè)雙極性晶體管的基極上并調(diào)制流過(guò)該雙極性晶體管的電流，該電流相加地疊加到待輸出的高頻信號(hào)。附在雙極性晶體管上的反相本地振蕩器信號(hào)由集成在襯底上的對(duì)稱(chēng)節(jié)提供，在該對(duì)稱(chēng)節(jié)的輸入端上該本地振蕩器信號(hào)以非對(duì)稱(chēng)的形式供給。該對(duì)稱(chēng)節(jié)由分別具有長(zhǎng)度為λ/4的多條線路段構(gòu)成并在所集成的電路的襯底上占據(jù)比所有其他電路部件總共占據(jù)的空間更多。同樣以對(duì)稱(chēng)形式必需的中頻信號(hào)通過(guò)兩個(gè)分開(kāi)的接頭從外部輸送給該電路，該中頻信號(hào)的頻率低于本地振蕩器信號(hào)的頻率。如果位于所集成的電路之外的引線與所述兩個(gè)接頭不同，尤其是具有不同的長(zhǎng)度和衰減，則可導(dǎo)致所附中頻信號(hào)的不同的振幅且該中頻信號(hào)的相位差偏離所期望的精確的反相并因此導(dǎo)致兩個(gè)雙極性晶體管的特性的不對(duì)稱(chēng)。因此此外混合結(jié)果的質(zhì)量依賴(lài)于該電路的布線；就是說(shuō)在布線處的工藝控制可損害該頻率變換器的效果。
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種具有好的、可重復(fù)制造的并很少依賴(lài)于工藝控制的變換特性的可集成的升頻變換器。
該任務(wù)通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的升頻變換器來(lái)解決。針對(duì)較低的輸入頻率的對(duì)稱(chēng)節(jié)被集成在襯底上，這樣該對(duì)稱(chēng)節(jié)與兩個(gè)控制元件的第一主接頭之間連接的長(zhǎng)度和衰減可以被精確地控制和重復(fù)制造。
優(yōu)選地作為針對(duì)較低的輸入頻率的對(duì)稱(chēng)節(jié)采用一個(gè)第三控制元件，該第三控制元件的控制接頭與第一輸入信號(hào)連接并且該第三控制元件的兩個(gè)主接頭中的每個(gè)主接頭與升頻變換器的兩個(gè)供電電勢(shì)之一和第一或第二控制元件的一個(gè)接頭連接。一種這樣的對(duì)稱(chēng)節(jié)與Nishikawa等人所采用的類(lèi)型相比要求非常少的襯底面積，Nishikawa等人所采用的類(lèi)型的空間需求與待對(duì)稱(chēng)化的信號(hào)的波長(zhǎng)成比例，并且這種對(duì)稱(chēng)節(jié)具有大的帶寬。
優(yōu)選地該第一或第二控制元件的接頭分別是其第二主接頭，而且第三控制元件的主接頭與該第一或第二控制元件連接。這允許第一輸入信號(hào)與第二輸入信號(hào)的乘法調(diào)制并因此允許混合過(guò)程的高效率。
作為控制元件優(yōu)選地采用晶體管，尤其是HEMT(高電子遷移率晶體管High Electron Mobility Transistors)。
為了達(dá)到高混合效率，優(yōu)選地第一和第二控制元件被加偏壓至在其夾斷范圍附近。
適當(dāng)?shù)匾册槍?duì)第二、較高頻率的輸入信號(hào)設(shè)置一個(gè)對(duì)稱(chēng)節(jié)(Symmetrieglied)，該對(duì)稱(chēng)節(jié)的輸出端與第一和第二控制元件的控制輸入端連接。
此外，本發(fā)明的主題是單邊帶頻率變換器，其可由上述升頻變換器實(shí)現(xiàn)，方法是兩個(gè)這樣的升頻變換器的輸出端連接在長(zhǎng)耦合器的輸入端上，由該長(zhǎng)耦合器的一個(gè)輸出端構(gòu)成單邊帶頻率變換器的輸出端。
一種這樣的單邊帶頻率變換器的升頻變換器的第二對(duì)稱(chēng)節(jié)適當(dāng)?shù)嘏c功率分配器融合，以節(jié)約襯底面積。該功率分配器將第二輸入信號(hào)劃分為兩個(gè)升頻變換器上的相同部分。一種這樣的融合的或結(jié)合的對(duì)稱(chēng)節(jié)可簡(jiǎn)單地且節(jié)約空間地利用中央為與單邊帶頻率變換器的信號(hào)輸入端連接的第一導(dǎo)線段和第一導(dǎo)線段的兩側(cè)為多個(gè)第二導(dǎo)線段來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中第一升頻變換器的第一和第二控制元件的控制輸入端與中央導(dǎo)線段的一側(cè)上的第二導(dǎo)線段連接而且第二升頻變換器的第一和第二控制元件的控制輸入端與中央導(dǎo)線段的另一側(cè)上的第二導(dǎo)線段連接。
該導(dǎo)線段可在一個(gè)共同層中作為微帶導(dǎo)線簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選地該第二對(duì)稱(chēng)節(jié)具有每三個(gè)并排位于中央導(dǎo)線段的兩側(cè)的導(dǎo)線段，該導(dǎo)線段的中間的導(dǎo)線段各不連接。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)由下列參考附圖的實(shí)施例的說(shuō)明得出。示出

圖1本發(fā)明的升頻變換器的示意性電路圖；圖2單邊帶頻率變換器的電路圖；和圖3半導(dǎo)體襯底的示意圖，在該半導(dǎo)體襯底上集成了圖2的單邊帶頻率變換器。
圖1示出集成在襯底上的根據(jù)本發(fā)明的升頻變換器的示意性電路圖。該升頻變換器包含兩個(gè)對(duì)稱(chēng)布置的GaAs-HEMT Q1和Q2作為控制元件。HEMT Q1、Q2的柵極與本地振蕩器信號(hào)LO通過(guò)由平行的帶狀導(dǎo)線S1至S4構(gòu)成的180°混合耦合器和電容器C1、C2推挽式連接。HEMTQ1、Q2的漏極相互連接并通過(guò)兩個(gè)電感器L8、L7與電源電壓VD2的輸入接頭連接。每個(gè)HEMT Q1、Q2的源極通過(guò)電容器C3或C4與第三HEMT Q3的源極或漏極以及通過(guò)電容器C5或C6和通過(guò)電感器L5或L6和電阻R1或R2的串聯(lián)電路與地連接。一個(gè)位于其夾斷(Pinch-off)區(qū)域之下的由HEMT Q1或Q2的源極電流引起的在電阻R1、R2上的電壓降產(chǎn)生自動(dòng)的HEMT工作點(diǎn)調(diào)節(jié)(自偏壓)。
HEMT Q3的源極和漏極分別通過(guò)電感器L1或L2與地GND或電源電勢(shì)VD1連接。在HEMT Q3的柵極上通過(guò)電感器L9接有偏壓VG1而通過(guò)電容器C13接有中頻信號(hào)IF。
因此HEMT Q3柵極上的電壓由VG1構(gòu)成的直流電壓分量和IF構(gòu)成的交流電壓分量構(gòu)成。這樣選擇直流電壓分量，即HEMT Q3工作在線性區(qū)；IF繼續(xù)線性調(diào)制HEMT Q3的漏極電流。因此HEMT Q3的源極和漏極上的電勢(shì)以比IF信號(hào)更大的振幅相互反相振蕩。
因此HEMT Q3同時(shí)用作放大器和針對(duì)中頻信號(hào)IF的對(duì)稱(chēng)節(jié)。通常電感器L1、L2選擇相同的值，以實(shí)現(xiàn)HEMT Q3的源極和漏極上的中頻信號(hào)的相同振幅。
流過(guò)兩個(gè)HEMT Q1、Q2的電流分別主要由具有本地振蕩器信號(hào)LO的頻率的部分、具有中頻信號(hào)IF頻率的部分和本地振蕩器信號(hào)LO的頻率與中頻信號(hào)IF的頻率的總和與差值的部分構(gòu)成，在該HEMT Q1、Q2的漏極上分別通過(guò)電感器L8、L7附有電源電壓VD2。由于HEMT Q1、Q2的柵極與本地振蕩器信號(hào)LO反相連接，分別具有本地振蕩器頻率的電流的部分反相相等并相互抵消。流過(guò)電感器L3的電流和在電感器L7、L8之間的連接點(diǎn)上的電勢(shì)因此只包含具有總和頻率或差值頻率的頻譜部分。所述部分通過(guò)輸出端HF上的電容器C8輸出連接并得到升頻變換器的輸出信號(hào)、一個(gè)具有兩個(gè)分別通過(guò)總和頻率或差值頻率構(gòu)成的單邊帶的無(wú)載波高頻信號(hào)。
圖2示出一個(gè)由圖1中示出的類(lèi)型的兩個(gè)升頻變換器構(gòu)成的單邊帶變換器。兩個(gè)升頻變換器的布置是鏡像對(duì)稱(chēng)的，圖2中的對(duì)應(yīng)部件具有如圖1一樣的相同參考符號(hào)，其中圖2中的第二混合器的部件分別通過(guò)撇號(hào)(｀)標(biāo)出。輸送到第二混合器的中頻信號(hào)IF｀相對(duì)中頻信號(hào)IF相位偏移了90°。這導(dǎo)致，兩個(gè)單邊帶之一的第二升頻混合器的輸出端HF｀上與由第一變換器提供的信號(hào)相位相同，該信號(hào)存在另一個(gè)單邊帶但是反相。兩個(gè)升頻變換器的輸出信號(hào)在長(zhǎng)耦合器LC中疊加，由該長(zhǎng)耦合器兩個(gè)輸出端一方面提供上單邊帶(USB)、另一方面提供下單邊帶(LSB)。
圖3示意性地示出襯底上的圖2的單邊帶混合器的不同部件的布置。兩個(gè)升頻混合器鏡像對(duì)稱(chēng)地布置在點(diǎn)畫(huà)中線A-A的兩側(cè)。沿著該中線A-A雙重對(duì)稱(chēng)節(jié)展開(kāi)，該對(duì)稱(chēng)節(jié)包含七個(gè)平行的微帶導(dǎo)線段S1、S2、S3、S4、S2｀、S3｀、S4｀。中間段S1在其一端上與本地振蕩器信號(hào)LO的接線板連接，背離LO接線板的另一端接地。從該中央微帶導(dǎo)線S1向外按以下順序布置第一微帶導(dǎo)線S2、S2｀，在其面向本地振蕩器器接線板LO的一端與地連接而在相對(duì)端上通過(guò)電容器C2或C2｀與HEMT Q2或Q2｀連接；第二微帶導(dǎo)線S3、S3｀，在其面向本地振蕩器器接線板LO的一端與微帶導(dǎo)線S1的相應(yīng)端連接而在其背離端上如微帶導(dǎo)線S1一樣接地；以及第三微帶導(dǎo)線S4、S4｀，在其面向本地振蕩器器接頭板LO的一端與S1、S3、S3｀連接而在其相對(duì)端上通過(guò)電容器C1或C1｀與HEMT Q1或Q1｀連接。
所述成雙的對(duì)稱(chēng)節(jié)按以下方式同時(shí)被用作功率分配器，該功率分配器將本地振蕩器器信號(hào)LO以相同功率輸送到中線A-A兩側(cè)的兩個(gè)升頻變換器。
權(quán)利要求
1.具有襯底的升頻變換器，在該襯底上集成有針對(duì)兩個(gè)待混合的輸入信號(hào)(IF，LO)的第一和第二輸入端，其中第一輸入信號(hào)(IF)有比第二輸入信號(hào)(LO)低的頻率，第一和第二控制元件(Q1，Q2)，分別具有一個(gè)控制接頭(G)和兩個(gè)主接頭(S，D)，其中主接頭之間的電流可由施加在控制接頭上的信號(hào)控制，以及針對(duì)由兩個(gè)待混合的輸入信號(hào)產(chǎn)生的混合信號(hào)的輸出端(HF)，其中兩個(gè)控制元件(Q1，Q2)的控制接頭以推挽方式與第二輸入信號(hào)(LO)接通，而兩個(gè)控制元件(Q1，Q2)的第一主接頭相互連接并與所述輸出端(HF)連接，其特征在于集成在該襯底上的一個(gè)第一對(duì)稱(chēng)節(jié)(Q3)，該第一對(duì)稱(chēng)節(jié)(Q3)針對(duì)第一輸入信號(hào)(IF)的輸入端與兩個(gè)控制元件(Q1，Q2)的第一主接頭連接。
2.如權(quán)利要求1所述的升頻變換器，其特征在于，第一對(duì)稱(chēng)節(jié)是第三控制元件(Q3)，該第三控制元件(Q3)的控制接頭與第一輸入信號(hào)(IF)接通并且其兩個(gè)主接頭中的每個(gè)與兩個(gè)電源電勢(shì)(VD1，GND)中的一個(gè)連接并且與第一或第二控制元件(Q1，Q2)的一個(gè)接頭連接。
3.如權(quán)利要求2所述的升頻變換器，其特征在于，所述第三控制元件的每個(gè)主接頭與第一或第二控制元件(Q1，Q2)的第二主接頭連接。
4.如前述權(quán)利要求之一所述的升頻變換器，其特征在于，所述控制元件是晶體管。
5.如權(quán)利要求4所述的升頻變換器，其特征在于，所述晶體管是HEMT。
6.如權(quán)利要求4或5所述的升頻變換器，其特征在于，所述第三控制元件(Q3)工作在其線性區(qū)。
7.如權(quán)利要求4至6之一所述的升頻變換器，其特征在于，對(duì)所述第一和第二控制元件(Q1，Q2)加偏壓到其夾斷區(qū)附近由此來(lái)驅(qū)動(dòng)該第一和第二控制元件(Q1，Q2)。
8.如權(quán)利要求7所述的升頻變換器，其特征在于，所述第一和第二控制元件(Q1，Q2)通過(guò)自動(dòng)的工作點(diǎn)調(diào)節(jié)(self bias)被施加偏壓。
9.如前述權(quán)利要求之一所述的升頻變換器，其特征在于第二對(duì)稱(chēng)節(jié)(S1，S2，S3，S4；S1，S2，S3，S4，S2`，S3`，S4`)，該第二對(duì)稱(chēng)節(jié)的輸入端與第二輸入信號(hào)(LO)的輸入端連接而輸出端與所述第一和第二控制元件(Q1，Q2)的控制輸入端連接。
10.具有兩個(gè)如前述權(quán)利要求之一所述的升頻變換器的單邊帶頻率變換器，其特征在于，兩個(gè)升頻變換器的輸出端連接在長(zhǎng)耦合器(LC)的輸入端上，該長(zhǎng)耦合器的一個(gè)輸出端構(gòu)成該單邊帶頻率變換器的一個(gè)輸出端。
11.具有兩個(gè)如權(quán)利要求9所述的兩個(gè)升頻變換器的單邊帶頻率變換器，其特征在于，所述第二對(duì)稱(chēng)節(jié)(S1，S2，S3，S4，S1`，S2`，S3`)同時(shí)被構(gòu)成為功率分配器。
12.如權(quán)利要求11所述的單邊帶頻率變換器，其特征在于，所述第二對(duì)稱(chēng)節(jié)具有位于中央的與單邊帶頻率變換器的信號(hào)輸入端連接的第一導(dǎo)線段(S1)而在第一導(dǎo)線段(S1)的兩端具有多個(gè)第二導(dǎo)線段(S2，S3，S4，S2`，S3`，S4`)，其中第一升頻變換器的第一和第二控制元件(Q1，Q2)的控制輸入端與中央導(dǎo)線段的一側(cè)上的第二導(dǎo)線段(S2，S4)連接并且第二升頻變換器的第一和第二控制元件(Q1`，Q2`)的控制輸入端與中央導(dǎo)線段(S1)的另一側(cè)上的第二導(dǎo)線段(S2`，S4`)連接。
13.如權(quán)利要求12所述的單邊帶頻率變換器，其特征在于，布置在同一層的導(dǎo)線段(S1，S2，S3，S4，S2`，S3`，S4`)是微帶導(dǎo)線段。
14.如權(quán)利要求12或13所述的單邊帶頻率變換器，其特征在于，所述導(dǎo)線段(S1，S2，S3，S4，S2`，S3`，S4`)是平行的且等距離的。
15.如權(quán)利要求12至14之一所述的單邊帶頻率變換器，其特征在于，所述第二對(duì)稱(chēng)節(jié)具有每三個(gè)并排位于中央導(dǎo)線段(S1)的兩側(cè)的導(dǎo)線段(S2，S3，S4；S2`，S3`，S4`)，而且三個(gè)并排排列的導(dǎo)線段中位于中間的導(dǎo)線段(S3，S3`)在其兩端分別與中央導(dǎo)線段(S1)連接。
全文摘要
在一個(gè)升頻變換器的襯底上集成的是針對(duì)兩個(gè)待混合的輸入信號(hào)(IF，LO1)的第一和第二輸入端，其中該第一輸入信號(hào)(IF)有比該第二輸入信號(hào)(LO)低的頻率；第一和第二控制元件(Q1，Q2)，分別具有控制接頭(G)和兩個(gè)主接頭(S，D)，其中主接頭之間的電流通過(guò)附在控制接頭上的信號(hào)是可控制的；以及針對(duì)由兩個(gè)待混合的輸入信號(hào)產(chǎn)生的所混合的信號(hào)的輸出端(HF)，其中兩個(gè)控制元件(Q1，Q2)的控制接頭推挽式地與第二輸入信號(hào)(LO)接通，而兩個(gè)控制元件(Q1，Q2)的第一主接頭相互連接并與輸出端(HF)連接。同樣集成在該襯底上的第一對(duì)稱(chēng)節(jié)(Q3)將第一輸入信號(hào)(IF)的輸入端與兩個(gè)控制元件(Q1，Q2)的第一主接頭連接。
文檔編號(hào)H03D7/14GK1653681SQ03811102
公開(kāi)日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2003年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月17日
發(fā)明者H·S·吉爾, R·克魯帕, S·科赫 申請(qǐng)人:馬科尼通訊股份有限公司