一种可实现基波抵消的毫米波倍频器电路

1.本发明涉及一种毫米波倍频器电路，尤其涉及一种可实现基波抵消的毫米波倍频器电路，属于倍频器技术领域。


背景技术：

2.毫米波，指波长为毫米量级的电磁波，其频率为30ghz-300ghz。由于毫米波频段具有频率高、频带宽、传输速率快等特点，该频段受到各界学者的青睐，并将其应用于通信、雷达、医疗等诸多领域，具有十分广泛的应用前景。得益于其高频率特性,毫米波电路相比于传统的集总电路具有尺寸小、易于集成等诸多优点。
3.对毫米波电路而言，用于产生毫米波信号的信号源至关重要，是毫米波的基础。对频率较低的信号，一般直接使用振荡器产生信号。但由于毫米波频段频率较高，其电路的设计难度也相对较大，传统直接使用振荡器得到信号源的方法在毫米波频段实施的可靠性大大降低，且产生的信号相位噪声和频率稳定性也较差。因此，需要借助毫米波频段的倍频器，将振荡器产生的低频率信号进行频率倍增，从而得到毫米波频段的信号。倍频器有效降低了振荡器的设计难度，且能够有效提高信号的相位噪声和频率稳定度。
4.在常规的倍频器设计中，利用有源电路的非线性可以输出基频信号的各次谐波，然而谐波次数越高，对应的幅度越小，因此在输出信号中，基波信号幅度较高，二倍频和三倍频占比较低。如何消除基波信号，提高二倍频或三倍频等信号幅度是倍频器的设计难点。可以通过滤波器滤除基波信号，但是通过基波抵消的方式可以更有效的消除滤波而不受限于滤波器的性能，与此同时，采用基波抵消的方式也可以提高二倍频和三倍频的信号占比。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为解决毫米波倍频器基波输出信号占比较大的问题，而提出一种可实现基波抵消的毫米波倍频器电路。
6.本发明为解决上述技术问题所采用的方案：
7.所述的可实现基波抵消的毫米波倍频器电路包括输入端口、第一电容器、变压器、第二电容器、第一电阻器、第一场效应晶体管、第二电阻器、第二场效应晶体管、输出端口。
8.在输入端口施加信号源，输入端口通过传输线与第一电容器一端口相连接，第一电容器另一端口与变压器初级线圈一端口相连，变压器初级线圈另一端口与地相连，变压器次级线圈一端口同时与第一电阻器一端口和第二电容一端口相连，变压器次级线圈另一端口同时与第二电阻器一端口和第二电容器另一端口相连，第一电阻器另一端口与第一场效应晶体管的栅极端口相连，第二电阻器另一端口与第二场效应晶体管的栅极端口相连，第一场效应晶体管的源极端口和第二场效应晶体管的源极端口都分别接地，第一场效应晶体管的漏极端口和第二场效应晶体管的漏极端口都与输出端口相连。
9.所述的第一电容器与第二电容器采用金属-氧化物-金属(mom)电容，mom电容采用叉指结构，其自主性高，工艺优势明显。
10.所述的第一电容器，变压器，第二电容器共同构成输入匹配网络，有效得将信号传入场效应晶体管中。
11.所述的第一电阻器和第二电阻器的阻值可有效调节输出信号的功率大小。
12.所述的第一场效应晶体管和第二场效应晶体管的工作电压可有效调节输出信号的功率大小。
13.所述的可实现基波抵消的毫米波倍频器电路有效抑制了基波的输出，提高了二倍频和三倍频的输出比例，有效得实现倍频功能。
14.本发明对比已有技术具有以下创新点：
15.1、本发明的可实现基波抵消的毫米波倍频器电路可以实现对收发机中本振信号的倍频，从而降低了所需本振信号的频率。
16.2、本发明的毫米波倍频器电路结构利用两路相位相反的基波信号相叠加，实现基波抵消，从而抑制基波输出，提高了二倍频和三倍频的输出比例，有效的实现倍频功能。
17.3、本发明的毫米波倍频器电路结构可以同时实现二倍频和三倍频的输出，通过两路的电路和场效应晶体管的工作状态，可以有效控制输出二倍频和三倍频的幅度，抑制其他谐波。
18.4、本发明的毫米波倍频器电路结构简单，控制与调节输出方便，同时元器件少，易于实现，有效降低成本。
附图说明
19.图1为本发明可实现基波抵消的毫米波倍频器电路的结构图；
具体实施方式
20.为使本发明的目的，技术方案和优点更加清晰明白，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
21.如图1所示，一种可实现基波抵消的毫米波倍频器电路，包括输入端口1、第一电容器2、变压器3、第二电容器4、第一电阻器5、第一场效应晶体管6、第二电阻器7、第二场效应晶体管8、输出端口9。
22.在输入端口1施加信号源，输入端口1通过传输线与第一电容器2一端口相连接，第一电容器2另一端口与变压器3初级线圈一端口相连，变压器3初级线圈另一端口与地相连，变压器3次级线圈一端口同时与第一电阻器5一端口和第二电容4一端口相连，变压器3次级线圈另一端口同时与第二电阻器7一端口和第二电容4另一端口相连，第一电阻器5另一端口与第一场效应晶体管6的栅极端口相连，第二电阻器7另一端口与第二场效应晶体管8的栅极端口相连，第一场效应晶体管6的源极端口和第二场效应晶体管8的源极端口都分别接地，第一场效应晶体管6的漏极端口和第二场效应晶体管8的漏极端口都与输出端口9相连。
23.所述的第一电容器2与第二电容器4采用mom电容，mom电容采用叉指结构，其自主性高工艺优势明显。
24.所述的第一电容器2，变压器3，第二电容器4共同构成输入匹配网络，有效得将信号传入场效应晶体管中。
25.所述的第一电阻器5和第二电阻器7的阻值可有效调节输出信号的功率大小。
26.所述的第一场效应晶体管6和第二场效应晶体管8的工作电压可有效调节输出信号的功率大小。
27.所述的毫米波倍频器电路有效抑制了基波的输出，提高了二倍频和三倍频的输出比例，有效得实现倍频功能。
28.以10ghz至14ghz的输入信号为例对本发明进行描述。
29.从输入端口1输入10ghz～14ghz，功率为10dbm的基波信号，信号通过第一电容器2和变压器3产生幅度相同、相位相反的两路信号，一路信号经过第一电阻器5，进入第一场效应晶体管6的栅极，在第一场效应晶体管6的漏极输出输入信号频率的各次谐波；另一路信号经过第二电阻器7，进入第二场效应晶体管8的栅极，在第二场效应晶体管8的漏极输出输入信号频率的各次谐波，将第一场效应晶体管6的漏极输出信号和第二场效应晶体管8的漏极输出信号相加传递至输出端口9，得到倍频信号。由于输入第一场效应晶体管6的栅极和第二场效应晶体管8的栅极的两路信号相位相反，针对不同的漏极输出谐波有叠加或抵消效果，从而实现倍频信号的输出。
30.实施例中，采用65nm cmos工艺，将如图1所示的元件用实际工艺库器件代替。第一电容器2与第二电容器4采用mom电容。输入端口加载10ghz～14ghz，功率为10dbm的输入信号时，可以得到在输出端口的基波输出被有效抑制，输出功率在-35dbm和-27dbm之间，在10.25ghz时最高被抑制至-35dbm，二次谐波的输出功率在6dbm左右，且随频率变化不大；三次谐波的输出功率在-14dbm和-8dbm之间。调节第一场效应晶体管6和第二场效应晶体管8的静态工作点以及第一电阻器5和第二电阻器7的阻值，可以有效改变输出二次谐波与三次谐波的输出功率。同时在10ghz至14ghz频率范围内，s11在-10db上下，反映输入匹配网络有效传递了信号。以上毫米波倍频器电路的结果均利用仿真软件进行电路仿真以接近实际性能。该毫米波倍频器电路结构有效抑制了基波的输出，提高了二倍频和三倍频的输出比例，有效的实现倍频功能。
31.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
32.以上内容是结合具体的实施案例对本发明作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所述技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，对本发明的各组成部件、位置关系及连接方式在不改变其功能的情况下，进行的等效变换或替代，也落入本发明的保护范围。
33.本发明未公开的技术属本领域公知技术。

技术特征：
1.一种可实现基波抵消的毫米波倍频器电路，其特征在于：包括输入端口、第一电容器、变压器、第二电容器、第一电阻器、第一场效应晶体管、第二电阻器、第二场效应晶体管、输出端口；在输入端口施加信号源，输入端口通过传输线与第一电容器一端口相连接，第一电容器另一端口与变压器初级线圈一端口相连，变压器初级线圈另一端口与地相连，变压器次级线圈一端口同时与第一电阻器一端口和第二电容一端口相连，变压器次级线圈另一端口同时与第二电阻器一端口和第二电容器另一端口相连，第一电阻器另一端口与第一场效应晶体管的栅极端口相连，第二电阻器另一端口与第二场效应晶体管的栅极端口相连，第一场效应晶体管的源极端口和第二场效应晶体管的源极端口都分别接地，第一场效应晶体管的漏极端口和第二场效应晶体管的漏极端口都与输出端口相连。2.根据权利要求1所述的一种可实现基波抵消的毫米波倍频器电路，其特征在于：所述的第一电容器与第二电容器采用金属-氧化物-金属电容，即mom电容。3.根据权利要求1所述的一种可实现基波抵消的毫米波倍频器电路，其特征在于：所述的第一电容器，变压器，第二电容器共同构成输入匹配网络，有效得将信号传入场效应晶体管中。4.根据权利要求1所述的一种可实现基波抵消的毫米波倍频器电路，其特征在于：所述的第一电阻器和第二电阻器的阻值调节输出信号的功率大小。5.根据权利要求1所述的一种可实现基波抵消的毫米波倍频器电路，其特征在于：所述的第一场效应晶体管和第二场效应晶体管的工作电压用于调节输出信号的功率大小。6.根据权利要求1所述的一种可实现基波抵消的毫米波倍频器电路，其特征在于：所述的可实现基波抵消的毫米波倍频器电路有效抑制了基波的输出，提高了二倍频和三倍频的输出比例，有效的实现倍频功能。

技术总结
本发明公开了一种可实现基波抵消的毫米波倍频器电路，包括输入端口、第一电容器、变压器、第二电容器、第一电阻器、第一场效应晶体管、第二电阻器、第二场效应晶体管、输出端口。本发明的毫米波倍频器电路结构利用两路相位相反的基波信号相叠加，实现基波抵消，从而抑制基波输出，提高了二倍频和三倍频的输出比例，有效的实现倍频功能。本发明的毫米波倍频器电路结构可以同时实现二倍频和三倍频的输出，通过两路电路和场效应晶体管的工作状态，可以有效控制输出二倍频和三倍频的幅度，抑制其他谐波。本发明的毫米波倍频器电路结构简单，控制与调节输出方便，同时元器件少，易于实现，有效降低成本。有效降低成本。有效降低成本。


技术研发人员：王旭 文进才 楼佳音
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：2021.12.10
技术公布日：2022/3/8