Ka波段镜像抑制谐波混频器设计_黄锦沛

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Ka波段镜像抑制谐波混频器设计_黄锦沛

1
1. 1
混频器的原理分析
谐波混频原理本次设计使用反向并联二极管对实现四次谐波 =
混频，其模型如图 1 所示，假设信号为 VS （ t ） VS cosωS t，LO 信号为 VL （ t ）
= VL cosωL t，其中 ωS
和 ωL 分别为 RF 和 LO 信号的角频率，VS 和 VL 分别为 RF 和 LO 信号的幅度，且∣ VL ∣ ＞＞ | Vs ∣。
]
（ 10 ）
TL6 构成 RF 匹配网路， RF 带通滤波器回收闲频，提高隔离度。 TL7 和 TL8 是 LO 匹配网络， LO 带通滤波器回收闲频，提高隔离度。本次选用的带通滤波器寄生通带在 3 倍中心频率处，因此 TL9 为 1 /4 λ3LO 开路线，避免在工作中 3 ω L 能量对功率源的 IF 隔离影响。TL10 和 TL11 都为 1 /4 λ RF 长，提高 RF度。IF 低i D 为二极管反向饱和电流，那么流过二极管对的电流 i 和时变电导 g（ t）可用第一类 n 阶修正贝塞尔函数
［2 ］
分别表示为
∞
(
)
i = i1 + i2 = 2 i D sinh（ αv（ t）） = 2 i D ∑ 2 I2n +1 （ αv（ t）） cos（ 2 n + 1 ） ω L t
对于混频单元 1 ，其 RF 输入信号为 V S1 （ t ），镜 LO 输入信号 V L 1 （ t）可以分别频输入信号为 V I1 （ t），表示为 cos ω S t － π （ 6） 2 2 槡 VI V I1 （ t） = cos ω I t － π （ 7） 2 2 槡 VL V L1 （ t） = cosω L t （ 8） 2 槡混频单元 1 输出的 RF 和镜像频率对应的混频产物 V IF1 （ t）和 V IM1 （ t）分别为 V S1 （ t） = VS

镜频抑制混频器设计

设计实验5镜频抑制混频器设计1．概述图1为一微带平衡混频器，其功率混合电路采用3dB分支线定向耦合器，在各端口匹配的条件下，1、2为隔离臂，1到3、4端口以及从2到3、4端口都是功率平分而相位差90°。

图1设射频信号和本振分别从隔离臂1、2端口加入时，初相位都是0°，考虑到传输相同的路径不影响相对相位关系。

通过定向耦合器，加到D1，D2上的信号和本振电压分别为：D1上电压1-11-2D2上电压1-31-4可见，信号和本振都分别以相位差分配到两只二极管上，故这类混频器称为型平衡混频器。

由一般混频电流的计算公式，并考虑到射频电压和本振电压的相位差，可以得到D1中混频电流为：同样，D2式中的混频器的电流为：当时，利用的关系，可以求出中频电流为：主要的技术指标有：1、噪音系数和等效相位噪音(单边带噪音系数、双边带噪音系数)；2、变频增益，中频输出和射频输入的比较；3、动态范围，这是指混频器正常工作时的微波输入功率范围；4、双频三阶交调与线性度；5、工作频率；6、隔离度；7、本振功率与工作点。

设计目标：射频：3.6 GHz，本振：3.8 GHz，噪音：<15。

2.具体设计过程2.1创建一个新项目●启动ADS●选择Main windows●菜单－File－New Project，然后按照提示选择项目保存的路径和输入文件名●点击“ok”这样就创建了一个新项目。

●点击，新建一个电路原理图窗口，开始设计混频器。

2.2 3dB定向耦合器设计●里面选择类“Tlines-Microstrip”●选择，并双击编辑其中的属性，，这是微带线基板的参数设置，其中的各项的物理含义，可以参考ADS的帮助文档。

●选择，这是一个微带传输线，选择，这是一个三叉口。

●按照下图设计好电路图图2 3dB耦合器其中50 ohm传输线的线宽w＝0.98mm，四分之一波长长度为10.46mm，35ohm 传输线的线宽为w＝1.67mm，四分之一波长长度为10.2mm。

镜频抑制混频器的分析与直接解调短波单边带接收机的设计装调

镜频抑制混频器的分析与直接解调短波单边带接收机的设计装调无43 孙忆南倪彧章一、前言随着通讯设备的小型化，集成化与数字化，传统的多次变频式接收机，由于电路复杂，中频通路难以集成，存在镜频干扰、组合干扰，需要在射频前端添加镜频抑制滤波器，提高了设备成本，难以做到小型化。

而使用零中频接收机，存在本振泄露，动态范围偏小等问题。

两者的折中是低中频接收机，部分解决了上述两种设计的不足。

由于中频很低，所以镜像频率的抑制不能在射频前端完成，一种方案是采用镜频抑制混频器。

本文讨论了一种基于RC 网络分相滤波器的镜频抑制混频器，并分析了其参数的偏差对于镜频抑制比的影响。

然后，使用这种镜频抑制混频器设计制作了一个直接解调型短波单边带接收机。

二、镜频抑制滤波器在信号的变频过程中，镜象干扰是影响电路性能的一个很主要的问题，而要实现镜象抑制，就要求较高频率的中频，使用多次变频，同时对镜频抑制滤波器的要求较高，这样就对电路的集成实现带来了很大的困难。

一种可行的方法，即利用低中频和镜频抑制混频器的方法，在将信号降到低中频的同时，去除镜像干扰信号。

其实现框图如下：图1其中，Vlo 是本振信号，Vin 是射频输入信号，Vout 是去除了镜像干扰信号的低频有用信号。

+90表示移相90度。

数学推导如下：（射频输入信号为用单频信号，对应的镜像信号频率为）0w w +101w w −101201cos[()]cos[()]in V A w w t A w w t =++−（为本振频率，为信号的频率，前一项是有用信号，后一项是镜像干扰信号）0w 1w0111012101210112011310112011cos()11(cos()cos[(2)])(cos()cos[(2)])2211(sin[(2)]sin())(sin[(2)]sin())2211(cos[(2)]cos())(cos[(2)]cos())22Loc V w t V A w t w w t A w t w w t V A w w t w t A w w t w t V A w w t w t A w w t w ==++++−=+−+−+=−++−−+1311cos()out V V V A w t =+=t 从中我们可以看到，如果我们可以保证移相90度的准确性，以及相乘和移相后的输出信号和的幅度是一样的话，那么镜像干扰信号就可以被完全的去掉了。

第12章镜像抑制混频器的设计与仿真

（4）双击
，修改里面的属性，要求扫描频率从3GHz到
5GHz，扫描步长为100MHZ。
（5）保存电路，点击按钮，进行仿真。
（6）在数据显示窗口中，点击按钮，选择相应端口，分析
端口的耦合度及回波损耗，如图12-6所示。
图12-5 3dB定向耦合器仿真电路图
dB(S(3,1)) dB(S(4,1)) dB(S(4,2)) dB(S(3,2))
图12-1 理想混频器
通常，RF的功率比LO的小得多，不考虑调制信号的影响，乘法器
的输出频率为 f d nf L f s
微波工程中，可能的输出信号为三个频率之一：
差频或超外差 f IF f L f s
谐波混频 f IF nf L f s
和频或上变频 f IF f L f s
最关心的是超外差频率，绝大部分接收机都是超外差工作，采用中频滤波器取出差频，反射和频，使和频信号回到混频器再次混频。外差混频器的频谱如图12-2所示，RF的频率关于LO的频率对称点为RF的镜频。镜频的功率和信号的功率相同，由于镜频与信号的频率很近，可以进入信号通道而消耗在信号源内阻。恰当处理镜频，能够改善混频指标。
（1）创建新项目
•启动ADS2009
•选择Main windows
•菜单栏【File】→【New Project】，按照提示选择项目保存
的路径和输入文件名
•点击
按钮，创建新项目
•点击，新建电路原理图窗口，开始设计混频器
（2）在 “Tlines-Microstrip”类中，选择，并双击编辑属性，其中H=0.6mm，Er=4.2，Mur=1，其他属性可以默认。选择微带传输线，和三端口器件按照图12-4连接电路图，并设置相应参数。

应用ADS软件设计镜像抑制混频器

镜像抑制混频器概述近年来，随着微波器件与技术的快速发展，在雷达和通信等领域，接收系统普遍采用了低噪声放大器作为前级，大大降低了系统的噪声系数，提高了灵敏度。

混频器对接收系统的影响和作用似乎越来越小，事实并非如此。

对于单边带系统，特别是中频较低的单边带系统来讲，镜像噪声会对噪声带来很大影响。

所谓镜像信号边带是有用信号边带相对于本振信号对称的另一个边带，它与本振混频后产生的中频信号与信号边带产生的中频信号相同。

对于单边带系统，当低噪声放大器频带较宽，且中频不高时，镜像噪声会通过混频器进入系统，造成系统噪声系数恶化。

因此，在低噪声放大器频带较宽，且中频不高的单边带系统中，必须使用镜像抑制混频器。

镜频抑制度表示对镜像噪声的抑制程度，镜频抑制度β定义为：'G G =β其中G 信号边带增益G ’镜像边带增益则微波接收机噪声系数与镜频抑制度的关系为：11log(10)(β+=dB M 其中M(dB)微波接收机噪声系数的恶化量表1为镜频抑制度与噪声系数恶化量的数据表1M(dB)0.050.20.5 1.0 2.0 3.0β(dB)19.3613.279.14 5.87 2.330镜像抑制混频器设计1镜像抑制混频器的主要技术指标信号频率 3.6GHz本振频率 3.8GHz中频频率200MHz噪声系数15dB镜像抑制度15dB2镜像抑制混频器的组成镜像抑制混频器电原理图如图1。

3dB正交耦合器射频端口ＶS 同相功率分配器平衡混频器　１平衡混频器　２本振ＶL ＶL1ＶL23412ＶS1ＶS2Ｚ0＝503dB中正交耦合5678频输出电路下边带中频输出上边带中频输出图1由图1可知镜像抑制混频器由两个平衡混频器、一个射频正交耦合器、一个中频正交耦合器和一个同相功率分配器组成。

3平衡混频器设计我们采用移相90°的平衡混频器，它由这几部分组成：3dB 支节耦合器混频二极管阻抗匹配网络射频短路线和中频滤波器。

用ADS 软件的S 参数仿真功能很容易设计出幅度和相位满足要求的3dB 支节耦合器。

Ka频段宽带镜频抑制谐波混频器的设计

ＨａｍｏｉｉｅｒｎｃＭｘｒ
ＦＮａｇ —Ｆａｇ，ＨＵＮＧＪａＥｉＩｉＡＦｎｎＡｉｎ，ＦＮＧＬｎ，ＸＡ０Ｗｅ —Ｈｏｇｎ
（．ｃｏｌｆｌｔｎｃＥｇｅｒｇＵｉｅｓｙｏｌｃｏｉＳｉｃｎｅｈｏｇｆｈｎ，１Ｓｈｏｏｅｒｉｎｉｅｎ，ｎｖｒｉｆｅｔｎｃｃｅｅａｄＴｃｎｌｙｏｉａＥｃｏｎｉｔＥｒｎｏＣ
ｔａ０ＢｏｅＧＨｚＲａｄｉｔ，ｗｅＦｉｆｅｔ０ＭＨｚ．ｈｎ２ｄｖｒ４ＦｂｎｗｄｈｈｎＩＳｉｄａｘ７
Ｋｅｏｄ：ｉｉｅｅ — ａｅｍｉｒｉａｅ—ｒｅｔｎｍｘｒｓｂ—ｈｒｏｉｍｉｒｓｂ—ｈｒｎｃｍｉｙｗｒｓｍｌｍｔｗｖｘ；ｍｇｅｃｏｉｅ；ｕｌｒｅｊｉａｍｎｃｘ；ｕｅａｍｏｉｘ —
的１２１４从而克服了直接采用毫米波本振源／或／，带来的困难，降低了射频接收机的技术难度和系统
成本。
收稿日期：０６－５－９２０００；修回日期：０６—１２０Ｏ一１２
ＡｓａｔＴｅｄｓｎａｄｉｐｅｎａｉｆａ—ｂｎｙｒｎｅｒｔｕｂｔｃ：ｈｅｉｎｌｒｇｍｍｅｔｏｏＫｔｎａａｄｈｂｄｉｔａｄｓｂ—ｈｒｏｉｉｇＩｅ— ｉｇｅａｍｎｃｍａｅ—ｒｊｅｃ
毫米波频段虽有性能优良的混频器件，高性但能的本振源实现难，本高。采用亚谐波混频器成（ｕ — ａｏｉｍｘｒ可将本振频率降为基波频率ｓｂｈｒｎｉ）ｍｃｅ

Ka 波段四次谐波混频器的ADS 设计

Ka波段四次谐波混频器的ADS设计刘明强电子科技大学电子科学技术研究院，四川成都，610054摘要：介绍了毫米波谐波混频器的混频原理，应用Agilent公司的ADS仿真软件设计和制作了一只Ka波段四次谐波混频器以及相应辅助测试电路。

该混频器工作在射频34～37GHz，本振8～8.75GHz，中频DC～2GHz，实测带内变频损耗小于20.9dB。

关键词：毫米波，谐波混频器，反向并联二极管对一、引言在现代通信系统中，毫米波混频器已经成为非常关键的组件之一。

但随着工作频率的不断升高，实现高品质的本振源成为设计的一大难题。

而谐波混频器则有效地解决了这个问题。

采用谐波混频器可以使用频率为射频输入频率二分之一或四分之一的本振源。

因而，降低了本振源的设计难度，使用低频率的本振源便可以满足要求。

本文研究的最终目的是得到一个具有较低的变频损耗，较高的端口隔离度，性能稳定的四次谐波混频器，适用于毫米波接收系统的前端。

二、谐波混频原理混频器的系统结构框图如下：开路/短路短截线图2.1 系统结构框图其核心是反向并联二极管对，下面对其进行分析。

本文研究的是四次谐波混频器，其本振频率大约为射频频率的四分之一。

本设计采用两个完全相同的混频二极管，反向并联安装，组成一个二极管对，这种结构抑制了本振和信号间的基波混合分量和很多高次调制分量，其混频原理如下图所示：图2.3 反向平行二极管对混频原理图为了方便，将原理图简化为：图2.4 反向平行二极管对混频原理简化图由混频二极管的电特性可知，流过每个二极管的电流和二极管两端的电压关系为:1(1)V S i I e α=− （2-1） 2(1)V S i I e α−=− （2-2）则流过二极管对的电流为：12()2sinh()V V S S i i i I e e I v ααα−=−=−= （2-3）对流过二极管对的电流i 对电压求导数，得到时变电导: 2cosh()S dig I v dvαα== （2-4）加入本振：cos L L v V t ω= （2-5）得到混频电流和时变电导分别为:13()2[2()cos 2()cos3]S L L L L i t I I V t I V t αωαω=++L （2-6）024()2[()2()cos 22()cos 4]S L L L L L g t I I V I V t I V t αααωαω=+++L （2-7）由上面公式可以看出反向二极管对的大信号特性有以下几点:(1)i(t)中只有本振频率的奇次谐波，没有偶次谐波和直流分量。

20GHz镜频抑制谐波混频器

集成电路设计与应用櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶IC Design and ApplicationDOI ：10.3969/j.issn.1003－353x.2011.11.01220GHz 镜频抑制谐波混频器郭凡玉，唐宗熙，赵世巍（电子科技大学电子工程学院，成都611731）摘要：镜频抑制混频器能有效地抑制镜像频率，提高雷达和通信系统的抗干扰能力。

介绍了一个20GHz 二次谐波镜频抑制混频器的设计与制作，该镜频抑制混频器采用两个相同的二次谐波混频器做为两路混频单元，两路射频输入和中频输出分别用90ʎ的功分器/合路器与两路混频器相连，本征用威尔金森功分器等幅同相输入两路混频。

借助于90ʎ的功分器，两路混频器的镜频产物在中频90ʎ合路器的输出端口反相抵消，有用中频在90ʎ合路器的输出端口同相叠加。

利用ADS 和HFSS 对该混频器进行了仿真设计，并对实际电路进行了加工测试。

经测试，当中频固定在400MHz 时，射频在20 21GHz 内变频损耗小于10dB ，镜频抑制大于20dB 。

关键词：谐波；镜频抑制；变频损耗；混频器；相位平衡中图分类号：TN773文献标识码：A文章编号：1003－353X （2011）11－0866－0520GHz Image Rejection Harmonic MixerGuo Fanyu ，Tang Zongxi ，Zhao Shiwei（School of Electronic Engineering ，University of Eletronic Science and Technology of China ，Chengdu 611731，China ）Abstract ：Image rejection mixer can effectively suppress image frequency and improve the ability of anti-interference in radar and communication systems．A 20GHz 2nd harmonic image rejection mixer was designed and machined．It consists of the same two 2nd harmonic mixers ，the 90ʎphase shifting in RF input port and IF output port respectively ，and LO signal is inputted via a Wilkison power divider．By using the 90ʎphase shifters ，the two ways of the in-phase IF signal can be enhanced ，and the two ways of the anti-phase image signal can be counteracted．The mixer was simulated by ADS and HFSS．The practical circuit was tested．According to the measured results ，at the IF frequency of 400MHz ，RF frequency of 20－21GHz ，the mixer achieves a convention loss better than 10dB ，and the image rejection better than 20dB．Key words ：harmonic frequency ；image rejection ；convention loss ；mixer ；phase balance EEACC ：12500引言在外差式接收系统中镜频信号同本征信号混频产生的干扰信号会同中频一起输出，使系统的噪声系数恶化，因此混频器的镜像抑制度成了影响接收系统性能的重要因素。

Ka波段下变频组件研制

Ka波段下变频组件研制摘要：介绍了一种Ka波段下变频组件的设计，增益30dB，带内增益平坦度≤±1dB，输出P-1≥+10dBm，噪声≤5dB，抗烧毁功率≥20W，镜像抑制度≥35dB；介绍了双探针波导结构，镜像抑制滤波器，电路实现方法以及装配调试结构，均满足设计要求。

关键词：下变频；增益；平坦度；镜像抑制1.引言下变频组件是接收机中不可或缺的单元电路，射频信号经过混频后得到的中频信号频率比输入射频信号频率低，这种混频方式叫做下变频。

下变频最大的缺点是对镜像频率的抑制能力较差。

本文针对某型号射频接收机，设计了工作在Ka波段的下变频组件，将限幅器、射频放大器、镜像抑制滤波器、混频器、中频放大器等采用单片集成在一个模块中，采用小型化设计，总体电路框图如图1所示。

图1 总体电路框图1.技术指标射频输入频率：Ka波段；中频输出频率：3.4GHz；增益：30dB±1dB；噪声：≤5dB；输出P-1：≥+10dB；抗烧毁功率：≤20W；镜像抑制度≥35dB；1.电路设计3.1电路噪声、增益考虑到链路增益要求较高，需采用多级放大，选用的射频放大器增益为21dB，噪声系数为2.2dB，第二级射频放大器的增益为10dB，噪声系数为2.0dB，镜像抑制滤波器插损为3dB，混频器插损为8dB，中频放大器的增益为14dB，噪声系数为2.5dB。

综上所述，电路噪声、增益计算如下表，噪声系数为4.54dB，增益为30dB。

表1 电路噪声、增益分析表3.2输出P-1表2 输出P-1分析表上表为各级元器件输出P-1的汇总表，可以看出，当输出功率为-14dBm时，末级低噪放最先到达P-1工作点，则链路输出P-1为16dBm。

3.3抗烧毁功率选用的限幅器为GaAa PIN限幅器芯片，该芯片可以承受15W（41.8dBm）的脉冲输入功率。

考虑到降额设计要求，利用双探针波导微带转换结构，将输入信号经过功分后输入进入两个限幅器。

一种Ka波段倍频器设计

一种Ka波段倍频器设计
李磊;唐宗熙;张彪;杜倚诚;黄锦沛
【期刊名称】《电子质量》
【年(卷),期】2013(000)002
【摘要】采用肖特基势垒二极管DMK2790,利用ADS与HFSS,进行了Ka波段无源二倍频器的设计.输出频率为38GHz,仿真结果表明,倍频损耗小于5dB.
【总页数】3页(P40-41,52)
【作者】李磊;唐宗熙;张彪;杜倚诚;黄锦沛
【作者单位】电子科技大学,四川成都611731;电子科技大学,四川成都611731;电子科技大学,四川成都611731;电子科技大学,四川成都611731;电子科技大学,四川成都611731
【正文语种】中文
【中图分类】TN771
【相关文献】
1.一种Ka波段微带倍频器的设计 [J], 秦开兵;高玉良
2.一种芯片原子钟专用锁相倍频器研究与设计实现 [J], 刘类骥;赵海清;曹远洪
3.一种新颖的任意次谐波倍频器的设计与实现 [J], 刘杨麟;钱敏
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5.一种新颖的任意次谐波倍频器的设计与实现 [J], 刘杨麟;钱敏
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cosω L t （ 13 ） 2 槡混频单元 2 输出的 RF 和镜像频率对应的混频产物 V IF2 （ t）和 V IM2 （ t）分别为 V IF2 （ t） = VS VL cos ( ω s － ω L ) t 4 （ 14 ）（ 15 ） 2. 2
Fig. 3 图 3 混频器单元的结构图 Structure diagram of the mixer unit
对于混频单元 1 ，其 RF 输入信号为 V S1 （ t ），镜 LO 输入信号 V L 1 （ t）可以分别频输入信号为 V I1 （ t），表示为 cos ω S t － π （ 6） 2 2 槡 VI V I1 （ t） = cos ω I t － π （ 7） 2 2 槡 VL V L1 （ t） = cosω L t （ 8） 2 槡混频单元 1 输出的 RF 和镜像频率对应的混频产物 V IF1 （ t）和 V IM1 （ t）分别为 V S1 （ t） = VS
2012 年 12 月
0
引言
随着现代通讯技术的迅速发展，传统的微波低频段已经变得十分拥挤，人们对于频段开发的需求
Email： 623553177@qq． com
950 半导体技术第 37 卷第 12 期
黄锦沛
等： Ka 波段镜像抑制谐波混频器设计
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶成本高，而谐波混频器需要的 LO 源频率仅为信号频率的 1 /2 、1 /4 甚至更低，因此，谐波混频器广泛运用于毫米波系统中。在超外差接收机系统中，镜频抑制度是衡量系统抗干扰能力的重要指标，工程中，提高系统镜频抑制度一般有两种方法：一种是在混频器输入端加入镜频抑制滤波器，考虑到高频窄带带通滤波器实现难度高，这种方法仅仅适用于高 IF 混频；另一种方法利用两个混频器单元，借助于两个混频单元的相位关系，使镜频混频产物在混频器输出端反相抵消，信号混频产物在输出端同相相加，从而实现高镜像抑制度混频。本文采用第二种方案，即平衡式镜像抑制混频，混频单元采用四次谐波混频方案，大大降低了 LO 源的频率。
式中 i D 为二极管反向饱和电流，那么流过二极管对的电流 i 和时变电导 g（ t）可用第一类 n 阶修正贝塞尔函数
［2 ］
分别表示为
∞
(
)
i = i1 + i2 = 2 i D sinh（ αv（ t）） = 2 i D ∑ 2 I2n +1 （ αv（ t）） cos（ 2 n + 1 ） ω L t
]
（ 10 ）
TL6 构成 RF 匹配网路， RF 带通滤波器回收闲频，提高隔离度。 TL7 和 TL8 是 LO 匹配网络， LO 带通滤波器回收闲频，提高隔离度。本次选用的带通滤波器寄生通带在 3 倍中心频率处，因此 TL9 为 1 /4 λ3LO 开路线，避免在工作中 3 ω L 能量对功率源的 IF 隔离影响。TL10 和 TL11 都为 1 /4 λ RF 长，提高 RF度。IF 低通滤波器通 IF，阻隔干扰频率。
Fig. 1
图 1 反向并联二极管对模型 Model of antiparalleled diodes pair
［1 ］
由二极管的伏安特性
可知（ 1）（ 2）
Fig. 2
图 2 镜像抑制混频器原理图 Schematic of the image rejection mixer
i1 = i D ( e αv（ t）－ 1 ) i2 = － i D ( e － αv（ t）－ 1 )
Design of KaBand Image Rejection SubHarmonic Mixer
HuangJinpei，Tang Zongxi，Wu Yunqiu，Zhang Biao，Du Yicheng
（ School of Electronic Engineering，University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu 611731 ，China）
∞
i' = g（ t） V S （ t） =
V S g2n （ t） cos（ 2 nω L ∑ 0
± ωS ）（ 5）
式中 I2n + 1 为第 2 n + 1 阶贝塞尔函数，g2n 为第 2 n 阶二极管传输电导。由上面分析可知，反向二极管对混频具有以下特点： ①输出电流只含有偶次 LO 混频项，相对于单端混频器，干扰频率减少了一半； ②直流项只存在于二极管对内部，因此无需考虑直流接地，简化了设计； ③ 降低噪声。这是因为 LO 引入的噪声只在 2 ω L + ω IF （ ω IF 为输出 IF 频率）处才能与信号频率 4 ω L + ω IF 混频之后落在 IF 上，而这部分的噪声已经很小。 1. 2 平衡式镜像抑制混频器原理平衡式镜像抑制混频器是利用相位关系，使得镜像频率和 LO 混频产物在输出端反相抵消，信号混频产物在输出端同相叠加。其原理如图 2 所示。这里假设镜频信号为 V I （ t ） = V I cosω I t，其中 ω I 为镜频信号的角频率， V I 为镜频信号的幅度，并且 ωS ＞ ωL ＞ ωI 。
电路与组件 Circuits and Modules
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶 DOI： 10． 3969 / j． issn． 1003 － 353x． 2012． 12． 010
Ka 波段镜像抑制谐波混频器设计
黄锦沛，唐宗Leabharlann ，吴韵秋，张彪，杜倚诚（电子科技大学，电子工程学院，成都 611731 ）摘要：针对现代毫米波接收机和雷达系统高抗干扰能力的需求，分析了具有镜像频率抑制能力的谐波混频器的基本原理，提出了一种 Ka 波段镜像抑制谐波混频器的设计方案。该混频器由两个混频单元组成，利用输出信号的相位关系识别 RF 信号和镜频信号， RF 混频信号在输出端口同相叠加，镜频混频信号反相抵消。使用 Ansoft HFSS 和 Agilent ADS 仿真软件分别完成电路无源部分仿真和谐波平衡仿真设计，制作了混频器并进行了测试。测试结果表明： RF 频率为 29. 4 ～ 31GHz，中频（ IF ）为 100 MHz，变频损耗稳定在 8. 8 ～ 10. 3 dB ，镜像抑制度大于 20. 1 dB ，各个端口隔离度均大于 31. 4 dB ， RF 端口和本振（ LO ）端口驻波比分别小于 1. 3 和 2. 2 ，输入功率在 1 dB 压缩点为－ 5 dBm。关键词：镜像抑制；谐波混频器； Ka 波段；变频损耗；驻波比中图分类号： TN773 文献标识码： A 文章编号： 1003 － 353X （ 2012） 12 － 0950 － 05
n =1
(
)
（ 3）
g（ t） =
di = 2 αi D cosh（ αv（ t）） = dt
∞
g0 （ t ） +
g2n （ t） cos2 nω L t ∑ 1
（ 4）
因此，混频电流 i' 可以表示为
December 2012
V IF1 （ t） =
VS VL cos 4
[
(ω
s
π － ωL ) t － 2
]
（ 9） 951
Semiconductor Technology Vol． 37 No． 12
黄锦沛
等： Ka 波段镜像抑制谐波混频器设计
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶 V IM1 （ t） = VI VL cos 4
[
(ω
L
π － ωI ) t + 2
同理，对于混频单元 2 ，其 RF 输入信号 V S2 （ t）、镜频输入信号 V I2 （ t）、LO 输入信号 V L 2 （ t ）可以分别表示为 V S2 （ t） = cosω S t 2 槡 VI V I2 （ t） = cosω I t 2 槡 V L2 （ t） = VL VS （ 11 ）（ 12 ）
1
1. 1
混频器的原理分析
谐波混频原理本次设计使用反向并联二极管对实现四次谐波 =
混频，其模型如图 1 所示，假设信号为 VS （ t ） VS cosωS t，LO 信号为 VL （ t ）
= VL cosωL t，其中 ωS
和 ωL 分别为 RF 和 LO 信号的角频率，VS 和 VL 分别为 RF 和 LO 信号的幅度，且∣ VL ∣ ＞＞ | Vs ∣。
Abstract： In order to meet the need of antiinterference in the millimeter wave receiver and radar， fundamental theory of the image rejection subharmonic mixer was introduced，and a design proposal of a Kaband imagerejection subharmonic mixer was proposed. The mixer was made up of two mixer units， RF signal and image signal can be distinguished by the phase relationship of the outputs from two units. The RF outputs of the two units were inphase and combine，the image output of the two units were 90 phase difference and offset. Passive part simulation and harmonic balance simulation of the mixer were finished by the software Ansoft HFSS and Agilent ADS，respectively. The mixer was finally fabricated and tested. The tested result shows that，when the RF and intermediate frequency （ IF ） are 29. 4 － 31GHz and 100 MHz respectively，the convention loss is between 8. 8 － 10. 3 dB ，the image rejection is larger than 20. 1 dB ，all the porttoport isolations are larger than 31. 4 dB ，the voltage standing wave ratio （ VSWR） of the RF port and local frequency （ LO） port are less than1. 3 and 2. 2 respectively，the input power 1 dB compression point is － 5 dBm. Key words： image rejection； subharmonic mixer； Kaband； convention loss； VSWR EEACC： 1200 越来越迫切。作为大气窗口频率， Ka 波段有着大气衰减小的优势，并且相对于微波频段更容易实现器件的小型化，因此成为人们重点研究的频段。混频器是信号接收机的主要器件之一，它能实现信号频率的变换。然而，毫米波信号源的实现难度大，

Ka波段镜像抑制谐波混频器设计_黄锦沛

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