一種通過對消抑制輸出本振諧波幅度的混頻器及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過對消抑制輸出本振諧波幅度的混頻器及方法，屬于微波技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著通信衛(wèi)星技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星通信容量不斷增加，系統(tǒng)對星載微波接收機的設(shè)計要求越來越高，主要體現(xiàn)在高的集成度、較小的體積尺寸、較高的諧雜波抑制度等。而目前，在通信衛(wèi)星有效載荷轉(zhuǎn)發(fā)器中微波接收機的頻率變換往往存在本振基波或諧波離輸出中頻頻率非常近，或者直接落在中頻工作頻帶內(nèi)(如低本振、高中頻的接收機變頻模式)，造成濾波器對本振諧波抑制難度極高或根本無法進行抑制的情況，從而影響了接收機的性能。
[0003]混頻器作為星載微波接收機中的一種核心的微波器件，其性能好壞直接影響著接收機的性能?；祛l器有多種類型，包括單終端、單平衡、雙平衡形式，隨著星載有源產(chǎn)品對集成度的要求越來越高，目前，航天產(chǎn)品星載接收機中的混頻器基本采用MMIC集成的雙平衡混頻器或單平衡混頻器，具有體積小、一致性好、可靠性高的特點，但這類混頻器對本振諧波的抑制能力非常有限，對于高中頻、低本振變頻模式的接收機應用來講，本振的二次或高次諧波往往離輸出中頻頻率非常近，或者直接落在中頻工作頻帶內(nèi)，造成濾波器設(shè)計難度巨大或根本無法直接濾除，帶來了接收機射頻鏈的復雜或接收機帶內(nèi)雜波性能不達標。
[0004]附圖3給出了傳統(tǒng)的混頻器電路的設(shè)計實例。其中混頻器本振輸入信號為2.225GHz，射頻輸入信號為5.925GHz，最終輸出的中頻信號為3.7GHz及一系列諧雜波信號。
[0005]附圖3中頻信號產(chǎn)生除3.7GHz以外的一系列諧雜波信號是由于混頻器的非線性特性決定的。
[0006]附圖4給出了利用附圖3方案設(shè)計的傳統(tǒng)混頻器最終的中頻信號輸出頻譜的仿真結(jié)果。圖中ml標記了附圖2中所示的中頻3.7GHz信號；m2標記了附圖2中所示的本振2.225GHz信號；m3標記了附圖2中所示的本振二次諧波4.45GHz信號；m4標記了附圖2中所示的本振三次諧波6.675GHz信號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的技術(shù)問題為:克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種通過對消抑制輸出本振諧波幅度的混頻器及方法，通過在傳統(tǒng)混頻器電路結(jié)構(gòu)中加入0°功分器、180°耦合橋和50 Ω匹配負載，很好的對消抑制了傳統(tǒng)混頻器電路中中頻信號輸出端的常見的本振基波和諧波信號，重點解決星載微波接收機高中頻、低本振變頻模式下，本振諧波抑制困難或無法抑制的難題，大大降低了射頻鏈路的設(shè)計難度。該新設(shè)計電路主要包括兩個混頻器、0°功分器和180°親合橋。
[0008]本發(fā)明解決的技術(shù)方案為:一種通過對消抑制輸出本振諧波幅度的混頻器，包括0°功分器、第一混頻器、第二混頻器、第一 50 Ω匹配負載、第二 50Ω匹配負載、180°耦合橋；第一混頻器包括本振端、射頻端和中頻輸出端，第一混頻器、第二混頻器結(jié)構(gòu)相同；
[0009]由外部本振源送來的本振信號通過0°功分器，將外部本振信號功分為兩個幅度相等、相位相同的本振信號，分別饋入第一混頻器、第二混頻器的本振端，兩個等幅同相的本振信號中的一路與第一混頻器射頻端饋入的射頻信號進行混頻，第一混頻器中頻輸出端輸出的中頻信號、本振信號的基波及本振信號的諧波信號，送至180°耦合橋的第一輸入端口 ；兩個同幅同相的本振信號中的另一路送至第二混頻器的本振端，第二混頻器的射頻端接第一 50 Ω匹配負載，第二混頻器中頻輸出端僅輸出本振信號的基波及本振信號的諧波信號，送至180°耦合橋的第二輸入端口，180°耦合橋?qū)⒌谝换祛l器送來的中頻信號、本振信號的基波及本振信號的諧波信號和第二混頻器送來的同幅同相的本振信號的基波及本振信號的諧波信號，進行功率合成，同幅同相本振信號的基波及本振信號的諧波信號幅度對消，中頻信號不變，合成信號分兩路輸出，第一路通過第二 50Ω匹配負載接地，第二路輸出至外部接收機中頻通道，本振基波及諧波信號對消抑制20dB以上而所需的中頻信號僅幅度降低3dB。
[0010]中頻輸出端輸出的中頻信號，除了包括混頻產(chǎn)生的中頻信號，還有本振信號及其諧波信號，是由第一混頻器和第二混頻器自身的非線性特性決定。
[0011 ] 一種通過對消抑制輸出本振諧波幅度的方法，步驟如下:
[0012](I)由外部本振源送來的本振信號通過0°功分器，將外部本振信號功分為兩個幅度相等、相位相同的本振信號，分別饋入第一混頻器、第二混頻器的本振端；
[0013](2)將步驟(I)兩個等幅同相的本振信號中的一路與第一混頻器射頻端饋入的射頻信號進行混頻，第一混頻器中頻輸出端輸出的中頻信號、本振信號的基波及本振信號的諧波信號，送至180°耦合橋的第一輸入端口 ；
[0014](3)將步驟(I)兩個同幅同相的本振信號中的另一路送至第二混頻器的本振端，第二混頻器的射頻端接第一 50 Ω匹配負載，第二混頻器中頻輸出端僅輸出本振信號的基波及本振信號的諧波信號，送至180°耦合橋的第二輸入端口 ；
[0015](4)180°耦合橋?qū)⒉襟E(2)第一混頻器送來的中頻信號、本振信號的基波及本振信號的諧波信號和步驟(4)第二混頻器送來的同幅同相的本振信號的基波及本振信號的諧波信號，進行功率合成，同幅同相本振信號的基波及本振信號的諧波信號幅度對消，中頻信號不變，合成信號分兩路輸出，第一路通過第二 50Ω匹配負載接地，第二路輸出至外部接收機中頻通道，本振基波及諧波信號對消抑制20dB以上而所需的中頻信號僅幅度降低3dB0
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0017](I)本發(fā)明在傳統(tǒng)混頻器電路中加入了 0°功分器和180°耦合橋，在實現(xiàn)接收機頻率變換的同時可將兩個混頻器輸出的本振基波及其諧波信號對消抑制，使本振基波及諧波信號幅度抑制20dB以上，使接收機中頻通道無需再增加本振基波及諧波的高抑制腔體濾波器，縮小了接收機體積和重量，可使接收機實現(xiàn)小型化輕量化。
[0018](2)本發(fā)明通過簡單的0°功分器能夠?qū)崿F(xiàn)將外部本振源輸入信號分成兩路等幅同相的本振信號輸入給兩個混頻器，作為激勵混頻器工作的本振信號。
[0019](3)本發(fā)明通過簡單的180°耦合橋?qū)陕坊祛l器中頻輸出端輸出的等幅同相本振基波及諧波信號進行反相對消抑制20dB以上，而中頻信號僅損失3dB。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明電路圖；
[0021]圖2為本發(fā)明具體實例電路圖；
[0022]圖3為傳統(tǒng)混頻器電路圖；
[0023]圖4為傳統(tǒng)混頻器輸出頻譜；
[0024]圖5為本發(fā)明混頻器輸出頻譜。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明的基本思路為:提供一種通過對消抑制輸出本振諧波幅度的混頻器及方法，針對傳統(tǒng)的混頻器電路加入了 0°功分器、180°耦合橋和匹配負載，其電路原理是由外部本振源送來的本振信號通過0°功分器，將外部本振信號功分為兩個幅度相等、相位相同的本振信號，分別饋入第一混頻器、第二混頻器的本振端，第一混頻器射頻端饋入的射頻信號進行混頻，第二混頻器的射頻端接第一 50 Ω匹配負載，第一混頻、第二混頻器的輸出信號經(jīng)過180°耦合橋功率合成，輸出中頻信號、本振和本振諧波信號，本振基波及諧波信號對消抑制20dB以上而所需的中頻信號幅度僅降低3dB，很好的抑制了傳統(tǒng)混頻器中常見的本振基波和諧波信號。
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細描述。
[0027]來自外部本振源的本振信號通過0°功分器，輸出兩路同幅同相的本振信號LOl和L02，將兩路同幅同相的本振信號LOl和L02分別輸入到第一混頻器、第二混頻器的本振信號輸入端。第一混頻器將0°功分器送來的本振信號LOl與接收機外部送來的射頻信號RF進行混頻，并且輸出中頻信號；第二混頻器的射頻端口通過第一 50Ω匹配負載接地，50歐姆匹配完成混頻器射頻端口與50歐姆微波傳輸線系統(tǒng)特征阻抗的匹配，消除射頻端口反射，本振端口將0°功分器送來的本振信號L02作為本振輸入信號，第二混頻器的中頻輸出端輸出本振基波和諧波信號。180°耦合橋?qū)⒌谝换祛l器、第二混頻器輸出的信號分別輸入給第一輸入端口和第二輸入端口，180°耦合橋的隔離端通過第二 50 Ω匹配負載電阻連接接地，50歐姆匹配負載完成耦合橋隔離端口與50歐姆