一种基于0.18-μm CMOS工艺的新型超宽频带毫米波混频器设计与分析

本文提出了一种超宽频带毫米波混频器电路.混频器采用分布式拓扑结构和中频功率合成技术,具有宽带宽和高转换增益.该混频器采用TSMC 0.18-μm CMOS工艺设计并制造,芯片总面积为1.67mm².测试结果表明:混频器工作频率从8GHz到40GHz,中频频率为2.5GHz时的转换增益为-0.2dB至4dB,其本振到中频端口和射频到中频端口间的隔离度均大于50dB.整个电路的直流功耗小于32mW.     

一种U 波段鳍线单平衡混频器的设计

本文介绍了一种U 波段鳍线单平衡混频器的设计过程并给出了测试结果。混频器使用M/A-COM 公司的肖特基势垒二极管MA4E2037,整个电路制作在一块厚度为0.127mm 的RT-Duroid 5880 软基片上。射频端口采用鳍线过渡,本振端口通过波导-微带探针过渡,中频通过SMA 接头输出。测试结果显示,鳍线悬置微带线结构的混频器在本振为42 GHz, 射频在40～60GHz 范围内变化时,其变频损耗小于8.71 dB,本振到射频的隔离度大于25dB。     

4～8GHz GaAs HBT单片双平衡混频器

介绍了一种基于 GaAs HBT 的双平衡混频器.该混频器将射频、本振有源Balun集成其中,在RF和LO输入端分别采用不同的LC网络实现宽带的阻抗匹配.跨导级和开关单元之间采用交流耦合,并通过带宽扩展技术实现频带内的增益平坦.测量结果显示,该混频器匹配良好,射频端口S11在3～10 GHz频带内小于-10 dB.在固定中频200 MHz 情况下测试,在4～8 GHz射频频带内,平均增益10 dB,波动小于1 dB,中频输出端口对射频信号的隔离度优于25 dB,对本振信号的隔离度优于28 dB;本振-射频端口隔离度优于32 dB.在3.3 V直流电压下测得的功耗为66 mW.     

X波段低变频损耗混频器设计

采用商用肖特基势垒二极管HSMS-2822,研制了低变频损耗、高隔离度X波段单平衡混频器。为实现所需要的混频带宽,本振信号和射频信号采用三分支定向耦合器耦合输入,仿真研究表明其能有效地改善工作频率带宽,提高本振端口与射频端口间的隔离度。通过设计合理的空闲频率回收电路,回收利用空闲频率能量,能有效地降低混频器变频损耗,提高本振信号、射频信号及空闲频率信号到中频端口的隔离度。在10.6GHz,测得最小变频损耗5.67dB;在10～11.5GHz,混频器变频损耗为6.4±0.7dB,变频损耗平坦度好,RF-IF隔离度优于27dB,LO-IF隔离度高于24dB,LO-RF隔离度优于14dB。     

基于LTCC技术的C频段星载接收机混频器

利用低温共烧陶瓷(LowTemperature Co-fired Ceramic,简称LTCC)技术,设计制作了一种可应用于C频段星载接收机的双平衡混频器。该混频器将射频和本振巴伦等无源器件集成在多层LTCC基板内,实现了电路的小型化、高集成度和高可靠性。测试表明,当射频输入为5.925～6.425GHz、本振频率为2.225GHz、中频输出频率为3.7～4.2GHz时,混频器的变频损耗≤9.3dB,P1dB为5.7dBm,本振到射频和本振到中频的隔离度分别为39.44dB和35.58dB。混频器的尺寸为40×22×1.92mm3。     

宽带混频器的优化设计

采用0.25μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺设计并实现了一款单片宽带混频器.该混频器采用双平衡混频器结构,以串联的两个漏源相连的PHEMT作为环形二极管电桥中的二极管以提升混频器线性度.本振巴伦和射频巴伦均采用螺旋线式Marchand巴伦,为降低巴伦的幅度及相位不平衡度,采用遗传算法对巴伦的几何参数进行了优化设计.该混频器电路采用0.25 μm GaAs PHEMT工艺实现,芯片面积为1.5mm×1.1 mm.测试结果表明,当本振功率为20 dBm时,变频损耗小于7 dB,输入三阶交调点ⅡP3大于22 dBm.本振端口到射频端口和中频端口的隔离度均大于30 dB.     

一种宽带单平面共面波导／槽线平衡混频器

本文采用共面波导／槽线混合环研制了一种宽带单平面平衡混频器，并得到了较好的实验结果。混频器的最佳变频损耗小于5．5dB，信号端口和本振端口的隔离度在4．0～5．2GHz频带内约为20．0dB，信号端口电压驻波比在3．8～5．5GHz频带内小于2．0，中频输出端口的电压驻波比在中频低于550MHz时小于2．0。     

GaAs MMIC宽带双平衡混频器的研制

采用GaAs肖特基二极管工艺,设计并制造了一款宽带无源双平衡混频器,射频、本振频率为1.5～3.7 GHz,变频损耗小于10 dB,本振到射频隔离度大于35 dB,中频带宽DC～0.8 GHz.该混频器采用了环形二极管和螺旋式巴伦结构,在获得良好的变频损耗与隔离度的同时,显著减小了芯片面积,整体芯片尺寸为1.2 mm × 1.2 mm.     

基于新型超宽带平面巴伦的双平衡混频器

首次基于新型超宽带平面巴伦,设计了工作于超宽带(3.1¹0.6GHz)频段的二极管双平衡混频器。微带到槽线过渡巴伦具有高通性质,可以阻断直流和中频分量,而微带到共面带线(CPS)过渡巴伦可以提供中频和直流回路,二者与交叉二极管对一起构成平面超宽带双平衡混频器。同时,可在中频端口串接宽阻带低通滤波器,进一步改善射频(RF)和本振(LO)端口到中频(IF)端口的隔离度。根据测试结果,当射频和本振信号工作于3.110.6GHz)频段的二极管双平衡混频器。微带到槽线过渡巴伦具有高通性质,可以阻断直流和中频分量,而微带到共面带线(CPS)过渡巴伦可以提供中频和直流回路,二者与交叉二极管对一起构成平面超宽带双平衡混频器。同时,可在中频端口串接宽阻带低通滤波器,进一步改善射频(RF)和本振(LO)端口到中频(IF)端口的隔离度。根据测试结果,当射频和本振信号工作于3.1¹0.6GHz,中频在DC10.6GHz,中频在DC¹00MHz时,变频损耗小于13dB,三个端口之间的隔离度大于25dB。     

一款集成驱动放大器的低变频损耗混频器设计

采用0.5μm GaAs工艺设计并制造了一款单片集成驱动放大器的低变频损耗混频器.电路主要包括混频部分、巴伦和驱动放大器3个模块.混频器的射频(RF)、本振(LO)频率为4～7 GHz,中频(IF)带宽为DC～2.5 GHz,芯片变频损耗小于7 dB,本振到射频隔离度大于35 dB,本振到中频隔离度大于27 dB.1 dB压缩点输入功率大于11 dBm,输入三阶交调点大于20 dBm.该混频器单片集成一款驱动放大器,解决了无源混频器要求大本振功率的问题,变频功能由串联二极管环实现,巴伦采用螺旋式结构,在实现超低变频损耗和良好隔离度的同时,保持了较小的芯片面积.整体芯片面积为1.1 mm×1.2 mm.     

低本振宽带混频器

本本介绍一种低本振电平(P_L为-5dBm～-15dBm),加偏置的宽带专用混频器。其典型指标为:在3.5～6.4GHz频带内,变频损耗(当P_L为-10dBm时)Lc约7.5dB、波动±1dB、并且可在3～7GHz频带内正常工作,L_c小于9dB,中频频率为100～200MHz。     

一款GaAs PHEMT超宽带无源双平衡混频器MMIC

混频器是微波系统关键部件之一.微波通信系统的宽带化和小型化发展趋势对混频器性能提出更高要求.基于GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺设计了一款超宽带无源双平衡混频器单片微波集成电路(MMIC).该混频器采用环形肖特基二极管结构和两个新颖的螺旋式平行耦合微带线巴伦结构,大大提高了混频器工作带宽,减小了芯片尺寸,提高了本振(LO)到射频(RF)端口的隔离度.在片探针测试结果显示该芯片在上、下变频模式下RF和LO工作频率均为2～ 22 GHz,中频工作频率为0～4 GHz,变频损耗≤11.5 dB,LO到RF端口隔离度≥37 dB,LO输入功率为15 dBm.芯片尺寸为1.7 mm×1.0 mm.     

采用次谐波混频技术的毫米波超宽带混频器研制

提出了一种次谐波混频技术结合宽带匹配滤波电路的设计方法,能有效降低本振源的制作难度,并可扩展中频带宽。应用高频场仿真软件以及谐波平衡仿真软件,研制了两个频段的超宽带次谐波混频器。测试结果:K频段混频器,固定本振频率15 GHz,射频频率在18~26.5 GHz的频带内变化时,变频损耗小于10.7 dB,最小变频损耗为7.5 dB;Ka频段混频器,固定本振频率22 GHz,射频频率在26.5~40 GHz的频带内变化时,变频损耗小于11.5 dB,最小变频损耗为8 dB。测试结果指标与传统的双平衡混频器指标相当,证明了电路设计方案的正确性。     

基于InP HEMT的太赫兹分谐波混频器芯片设计

基于70 nm InP高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,研制了一款175～205 GHz分谐波混频器太赫兹单片集成电路(TMIC)。使用三线耦合Marchand巴伦实现本振信号的平衡-不平衡转换。在射频端口设计了紧凑型耦合线结构的带通滤波器,实现对射频信号低损耗带通传输的同时缩小了芯片尺寸。测试结果表明混频器在175～205 GHz频率范围内,单边带(SSB)变频损耗小于15 dB,典型值14 dB。混频器中频频带为DC～25 GHz,射频端口对本振二次谐波信号的隔离度大于20 dB。芯片尺寸为1.40 mm×0.97 mm,能够与相同工艺的功率放大器、低噪声放大器实现片上集成,从而满足太赫兹通信等不同领域的应用需求。     

W 波段单平衡混频器的设计

本文设计并制作了一种微带形式W 波段单平衡混频器。该混频器采用微带环形电桥结构,射频和本振信号分别从环形电桥的隔离端口由标准波导BJ-900 输入,经对脊鳍线微带波导过渡输入到微带电路,中频信号通过跳线方式连接并通过一段高阻抗线引出到输出口。该电路使用两只DMK2790 肖特基二极管制作在介电常数为2.2,厚度为0.127mm 的RT/Duriod5880 基片上,在固定本振94.5GHz,射频90GHz 到98GHz 范围内,变频损耗小于14.5dB。     

基于倒扣技术的K波段 CPW环形混频器

本文给出了一种应用在汽车防撞雷达前端的单平衡环形混频器。混频器设计中采用CPW线作为传输线,以降低传输损耗,并提出了一种新的混合环的分析方法。电路设计中重点考虑了在较低的本振功率的情况下获得较小的变频损耗。当本振在25GHz有9dBm的信号功率输入时,混频器有5. 2dB的变频损耗,本振到射频和本振到中频分别有46. 4dB和37. 7dB的隔离度。该混频器的结构简单,便于批量生产。     

0.67 THz宽带谐波混频器设计

为研制太赫兹多频段高灵敏度探测仪,依靠太赫兹砷化镓平面肖特基二极管的非线性特性,结合石英薄膜工艺,设计了宽带0.67 THz谐波混频器,并分析了砷化镓平面肖特基二极管性能表征参数指标对太赫兹混频器性能的影响。0.67 THz谐波混频器采用整体综合的设计方法,结合电气仿真软件ADS和电磁仿真软件HFSS,优化电路中不连续性微带与波导之间的电磁空间耦合效率,以混频器的变频损耗为优化目标,最终实现0.67 THz谐波混频器仿真设计。0.62~ 0.72 THz射频范围内,混频器单边带最低变频损耗小于8 dB,本振功率小于4 mW,本振端口与中频端口、射频端口与中频端口之间隔离度大于-30 dB。     

220 GHz 二次谐波混频器集成模块

在220 GHz二次谐波混频器的设计基础上,提出中频传输波导的垂直转换结构,实现了四通道混频器集成模块方案,缩短了混频器单通道的横向尺寸,为太赫兹接收机系统多通道线阵列集成提供了可行性方案。为优化系统模型的准确性,基于TCAD对肖特基势垒二极管进行三维半导体器件建模计算,依据提取的关键特性参数进行混频器的高频电磁波仿真。通过对该设计方案进行测试,结果表明:当本振频率为110 GHz,功率为7 dBm,射频输入200~240 GHz,混频器的单边带变频损耗为8.6~13 dB,在204~238 GHz的单边带变频损耗为8.6~11.3 dB。当本振频率为108 GHz时,驱动功率仅需3 dBm。此外,基于该混频器模块构建的220 GHz接收机系统,积分时间为700 μs时其温度灵敏度为1.3 K。     

太赫兹宽带分谐波混频器设计

太赫兹分谐波混频器的变频损耗、噪声系数等指标与基波混频器相近,且本振频率为射频频率的一半,大大 降低了本振源的设计难度和制作成本,是高性能太赫兹接收前端的关键部件。本文介绍了一种覆盖全波导带宽的太赫 兹宽带分谐波混频器的设计,对电路中射频波导至悬置带线过渡结构和本振中频双工器进行仿真和优化设计。并以 0.14~0.22THz 分谐波混频器为例进行设计和制作,测试结果表明0.14 ~0.22THz 分谐波混频器在全波导频段内最大变频 损耗低于15dB,中频3dB 带宽大于20GHz。     

Kα频段平面集成窄带混频器

用国产梁式引线混频二极管,设计了平面集成混频器。经测试,在31～37GHz频率范围内混频器的交频损耗为8.6±1.4dB,本振-射频隔离度大于19dB。