专利摘要

本发明提供一种双平衡式三倍频器。该双平衡式三倍频器至少包括：工作在基波频段的90°第一输入电桥；均工作在基波频段且分别连接所述90°第一输入电桥的一个输出端的两个90°第二输入电桥；分别连接一个90°第二输入电桥的一个输出端的4个倍频电路；均工作在三次谐波频段且分别与两个倍频电路输出端连接的两个-90°输出电桥；以及连接两个-90°输出电桥输出端的合路器。本发明的双平衡式三倍频器具有结构简单、易于集成和工艺能力要求低等优点。

权利要求

1.一种双平衡式三倍频器，其特征在于，所述双平衡式三倍频器至少包括：

90°第一输入电桥，其工作在基波频段；

分别连接所述90°第一输入电桥的一个输出端的两个90°第二输入电桥，均工作在基波频段；

分别连接一个90°第二输入电桥的一个输出端的4个倍频电路；

分别与两个倍频电路输出端连接的两个-90°输出电桥，均工作在三次谐波频段；以及

连接两个-90°输出电桥输出端的合路器。

2.根据权利要求1所述的双平衡式三倍频器，其特征在于：所述90°第一输入电桥与所述90°第二输入电桥结构相同。

3.根据权利要求1或2所述的双平衡式三倍频器，其特征在于：所述90°第一输入电桥采用90° 的 3dB 输入电桥。

4.根据权利要求3所述的双平衡式三倍频器，其特征在于：所述90°第一输入电桥包括3dB Lange Coupler。

5.根据权利要求1所述的双平衡式三倍频器，其特征在于：倍频电路采用工作在 C 类功放区域的MOSFET 单管电路。

6.根据权利要求1所述的双平衡式三倍频器，其特征在于：所述-90°输出电桥采用-90° 的 3dB 输出电桥。

7.根据权利要求6所述的双平衡式三倍频器，其特征在于：所述-90°输出电桥包括3dB Lange Coupler。

8.根据权利要求1所述的双平衡式三倍频器，其特征在于：所述合路器包括威尔金森功分器。

说明书

技术领域

本发明涉及微波通信技术领域，特别是涉及一种双平衡式三倍频器。

背景技术

倍频器是用来实现频率倍增，把输入的基波频率倍频到需要的谐波频率上，使其输出需要的谐波功率的器件。倍频器的引入可以有效降低本地振荡器 (LO) 频率，这对毫米波系统来说，缓解了极高频本地振荡器的设计需要，极高频本地振荡器对工艺要求极为苛刻，容易出现频率不稳、线性度低、芯片一致性低、并且难以直接锁相，所以倍频器能够提高整个系统的稳定性和降低成本。

目前毫米波段三倍频器主要采用肖特基二极管或者异质节势垒变容管作为非线性器件，同时波导结构以及基片集成波导 (SIW) 结构在高频段的毫米波三倍频器中被大量采用，目的是利用波导腔体的传输特性实现三次谐波内的基波和二次谐波良好抑制能力。但是这种非平面工艺结构将极大影响毫米波系统的小型化、高集成度化和低成本化。

目前基于平面工艺上的三倍频器仍然没能够很好解决除三次谐波外各次谐波 (包括基波) 的抑制问题，这直接影响整个系统的频谱纯洁性和三次倍频效率，需要额外的复杂匹配枝节电路或者滤波网络来补偿，这增加了电路设计难度和成本。近年来，单平衡式三倍频器因其对称的结构、简易的设计方法和简洁的版图面积获得了大量研究，其主要的拓扑结构有两种，如图1a及1b所示。

单平衡式三倍频器由一对 180°/180°或者 90°/90°电桥以及一对单终端倍频电路（XN）实现。一般来说，输入电桥 (输出相位差 a° ) 和输出电桥 (输出相位差 b° ) 的相位因数决定了 N 次谐波的输出。当满足：

N×a₁+b×N≈360°×i

N 次谐波信号将在输出端线性叠加。其中 N 是倍频数，i 是整数。根据这样的理论分析， 180°/180° 电桥的输出信号中，偶次谐波分量将相互抵消，而奇次谐波分量 (包括基波和三次谐波) 将在输出端线性叠加； 90°/90° 电桥的输出信号中，基波分量将相互抵消，而二次谐波分量将在输出端矢量叠加，需要的三次谐波分量将线性叠加。由此可见，但是无论两种拓扑结构中的哪一种都不能同时既实现基波的输出抑制也实现偶次谐波的输出抑制，仍然需要外置的匹配枝节电路或滤波器，这将影响非线性单元的匹配特性，降低三次谐波的倍频效率以及输出三次谐波的功率。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有良好的各次谐波抑制能力的双平衡式三倍频器。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种双平衡式三倍频器，其至少包括：

90°第一输入电桥，其工作在基波频段；

分别连接所述90°第一输入电桥的一个输出端的两个90°第二输入电桥，均工作在基波频段；

分别连接一个90°第二输入电桥的一个输出端的4个倍频电路；

分别与两个倍频电路输出端连接的两个-90°输出电桥，均工作在三次谐波频段；以及

连接两个-90°输出电桥输出端的合路器。

优选地，所述90°第一输入电桥与所述90°第二输入电桥结构相同。

优选地，所述90°第一输入电桥采用90° 的 3dB 输入电桥；更为优选地，所述90°第一输入电桥包括3dB Lange Coupler。

优选地，倍频电路采用工作在 C 类功放区域的MOSFET 单管电路。

优选地，所述-90°输出电桥采用-90° 的 3dB 输出电桥；更为优选地，所述-90°输出电桥包括3dB Lange Coupler。

优选地，所述合路器包括威尔金森功分器。

如上所述，本发明的双平衡式三倍频器的优点包括：所有元器件均可由平面电路工艺实现，结构简单，易于集成；此外，在不需要外置滤波器下，能实现较好的谐波抑制特性。

附图说明

图1a及1b显示为现有技术的单平衡式三倍频器拓扑结构示意图。

图2显示为本发明的双平衡式三倍频器拓扑结构示意图。

图3显示为本发明的双平衡式三倍频器的90°的 3dB 输入电桥结构示意图。

图4显示为本发明的双平衡式三倍频器的倍频电路结构示意图。

图5显示为本发明的双平衡式三倍频器的-90°的 3dB 输出电桥结构示意图。

图6显示为本发明的双平衡式三倍频器的合路器结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图2至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图2所示，本发明提供一种双平衡式三倍频器。该双平衡式三倍频器至少包括：三个 3dB 输入 90° 电桥，工作在基波频段，分别为桥1、桥2和桥3；四个对称的倍频电路；两个 3dB 输出 -90°电桥，工作在三次谐波频段，分别为桥4和桥5；以及最后输出端的合路器，工作在三次谐波频段。

该双平衡式三倍频器的输入端即为桥1的输入端；桥1的 0° 输出端接桥2的输入端；桥1的 90° 输出端接桥3的输入端；桥2的 0° 输出端和 90° 输出端分别和倍频电路1、倍频电路2的输入端相连；桥3的 0° 输出端和 90° 输出端分别和倍频电路3、倍频电路4的输入端相连；倍频电路1、倍频电路2的输出端分别和桥4的 -90° 输入端和 0° 输入端相连；倍频电路3、倍频电路4的输出端分别和桥5的 -90° 输入端和 0° 输入端相连；桥4和桥5的输出端分别和合路器的两个输入端相连，合路器的输出端即为三倍频器的输出端。采用本发明的双平衡式三倍频器可以实现较高的基波和偶次谐波的输出抑制，同时抑制比随工艺偏差的变化较小，整个三倍频器具有小型化、易集成化和低成本化。

本发明的工作过程为：射频信号通过桥1的输入端进入双平衡式三倍频器；在桥1的输出端分为等幅的 0°相位和 90°相位的两路信号； 0°相位的信号进入桥2的输入端， 90°相位的信号进入桥3的输入端；在桥2的输出端， 0°相位的信号分为等幅的 0°相位和 90° 相位的两路信号；在桥3的输出端， 90°相位的信号分为等幅的 90°相位和 180°相位的两路信号；桥2输出端的 0°相位信号进入倍频电路1；桥2输出端的 90°相位信号进入倍频电路2；桥3输出端的 90°相位信号进入倍频电路3；桥3输出端的 180°相位信号进入倍频电路4；经过倍频电路的非线性变化，倍频电路1的输出端输出相对相位分别为 0°/0°/0°的基波/二次谐波/三次谐波信号，倍频电路2的输出端输出相对相位分别为 90°/180°/270°的基波/二次谐波/三次谐波信号，倍频电路3的输出端输出相对相位分别为 90°/180°/270°的基波/二次谐波/三次谐波信号，倍频电路4的输出端输出相对相位分别为 180°/0°/180°的基波/二次谐波/三次谐波信号；倍频电路1输出的基波/二次谐波/三次谐波信号在桥4的输出端相对相位分别为 270°/270°/270°，倍频电路2输出的基波/二次谐波/三次谐波信号在桥4的输出端相对相位分别为 90°/180°/270°，这样，在桥4的输出端基波信号相互抵消，二次谐波矢量叠加，相对相位为 225°，三次谐波线性叠加，相对相位为 270°；倍频电路3输出的基波/二次谐波/三次谐波信号在桥5的输出端相对相位分别为 90°/180°/270°，倍频电路4输出的基波/二次谐波/三次谐波信号在桥5的输出端相对相位分别为 180°/0°/180°，这样，在桥4的输出端基波信号相互抵消，二次谐波矢量叠加，相对相位为 45°，三次谐波线性叠加，相对相位为 180°；等幅反向的二次谐波信号在合路器1的输出端线性相消，等幅正交的三次谐波信号在合路器1的输出端矢量相加，这样在射频输出端得到了需要的三次谐波分量，同时基波和二次谐波分量在射频输出端都对称相消，抑制比得到了提高；由于桥4和桥5的工作频段在三次谐波，在桥4和桥5的输入端，基波和二次谐波的大部分分量都随着反射重新回到倍频电路中去，提高了三次谐波输出的效率。

下面将说明双平衡式三倍频器包含的器件的实现：

1) 基波工作频段的 90° 的 3dB 输入电桥

由于 Lange Coupler 具有较小的面积和相对较宽的工作带宽，选用 Lange Coupler 作为基波工作频段的 90° 的 3dB 输入电桥，如图3所示，其中11为输入端，12为 0° 耦合端，13为 90° 耦合端，14为隔离端。

2) 倍频电路

本例中倍频电路采用 工作在 C 类功放区域的MOSFET 单管电路，其能产生各次高阶谐波分量，如图4所示，其中匹配电路1和匹配电路2分别为输入端和输出端的配备，以获得更大的谐波输出功率和输出效率。

3) 三次谐波工作频段的 -90° 的 3dB 输出电桥

由于Lange Coupler 具有较小的面积和相对较宽的工作带宽，选用Lange Coupler 作为基波工作频段的 -90° 的 3dB 输出电桥，如图5所示，其中21为输出端，22为 0° 耦合输入端，23为 -90° 耦合输入端， 24为隔离端。

4) 三次谐波工作频段合路器

采用威尔金森功分器作为本例中的合路器，具体如图6所示，其中 In1、In2 分别为输入端，Out为合路器输出端。

综上所述，本发明提出的双平衡式三倍频器，其与现有技术相比的优点在于：

1.本发明中，利用桥4和桥5在基波频段具有较大的回波反射系数，实现了基波反射回倍频电路的重复利用，提高了三次谐波输出的效率；利用双平衡式的特点，基波分量在桥4和桥5的输出端口分别线性相消，实现了基波分量在输出端的抑制，同时由于采用了双平衡结构减小了工艺加工偏差对基波分量的抑制的影响。

2.本发明中，利用桥4和桥5在基波频段具有较大的回波反射系数，实现了二次谐波反射回倍频电路的重复利用，提高了三次谐波输出的效率；利用双平衡式的特点，二次谐波分量在桥4和桥5的输出端口反向等幅，最后在合路器的输出端口线性相消；在不采用片外滤波器或额外的匹配电路下，同时实现了基波和二次谐波的抑制。

3.本发明中，所有元器件均可由平面电路工艺实现，不需要额外的波导或者 SIW 结构来抑制基波或者二次谐波等低频分量，实现了电路的小型化、易集成化和低成本化。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

双平衡式三倍频器专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。