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.     

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.     

3 mm单平衡混频器芯片

为满足3 mm收发系统的小型化需求,采用InP高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,设计并制造了一款3 mm单平衡混频器芯片.该单平衡混频器芯片采用了反向并联肖特基二极管对(APDP)和三线耦合Marchand巴伦结构,在获得精确的肖特基二极管非线性模型和巴伦电磁场S参数模型的基础上,对混频器进行了电路设计.最终获得了良好的工作带宽、变频损耗与隔离度指标,在片测试结果显示,该芯片射频、本振频率为82～100 GHz,变频损耗小于9 dB,本振(LO)-射频(RF)隔离度大于20 dB,中频带宽为0.1～18 GHz,整体芯片尺寸为1.1 mm×1.0 mm.     

GaAs单片二极管双平衡混频器

采用0.25μm的GaAs工艺制作了一款单片二极管双平衡混频器。基于环形二极管双平衡混频器的基本工作原理,提出了LO巴伦与RF巴伦的区别所在,并以Marchand巴伦为LO巴伦,以triformer巴伦作为RF巴伦。在优化了局部电路后,再与环形二极管组成整体电路,并对整体电路进行了优化。最后对版图进行EM仿真,并稍作调整以改善EM仿真结果。当本振功率在13dBm时,实测得转换损耗在低本振和高本振下约为11.5dB和10.5dB,LO端口到IF端口和RF端口隔离度分别为30dB和35dB,LO端口和RF端口驻波分别小于2和3.5,实测结果与仿真结果基本一致。     

毫米波宽带高中频单平衡混频器设计与实现

针对毫米波宽带通信、雷达和测试仪器领域的应用需求,提出一种E波段宽带高中频(IF)单平衡混频器。射频(RF)及本振(LO)信号通过多分支宽带加宽波导正交耦合器输入,通过鳍线过渡结构将信号从波导传输模式过渡到微带模式,并提供宽带中频信号及直流接地回路;中频输出低通滤波器可有效抑制LO及RF信号,并为其提供等效接地回路。利用肖特基二极管的非线性实现混频,并通过微带匹配电路最终实现宽带低损耗混频效果。混频器采用57.6、62.4、67.2 GHz 3个点频本振,将67~85 GHz的射频信号分段下变频至9.4~17.8 GHz的中频范围内。测试结果表明,在67~85 GHz射频频率范围内,射频输入功率为-15 dBm,本振输入功率为12 dBm时,混频器变频损耗为7.1~10.1 dB,对组合杂散的抑制在36 dBc以上。     

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.     

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。     

超宽带谐波混频器的设计

叙述了一种超宽带谐波混频器的原理、设计以及测试结果。该混频器主要由微带线巴伦、倍频器、单平衡混频器三部分组成。按中心频率为4.5 GHz设计出微带线巴伦结构,平衡端口输出相位差180°,具有尺寸小、损耗低、幅度相位一致性好等优点;采用AEROFLEX公司的MSPD2018型相位检波器作为混频器,该混频器采用阶跃恢复二极管倍频器与单平衡混频器并联结构,先倍频n次谐波后再与信号进行混频;传输线为四分之一波长线以提高端口间隔离度;利用微波电路仿真软件ADS对混频器进行基波和谐波分析。测试结果表明,在3～25 GHz的频率范围内,本振至中频的隔离度优于66 dB,其变频损耗的实测结果满足设计要求,在现有的宽带混频器中具有较好性能。     

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.     

双平衡混频器设计与研究

在射频电路的前端,混频器是实现频谱搬移的重要器件,是十分重要的模块。采用Win公司砷化镓工艺,设计了一款二极管双平衡混频器,其中巴伦采用平面螺旋式结构,用ADS软件进行各部分电路设计、仿真,从功能仿真图中看到输出信号的频谱中有需要的中频频率成分,验证了混频器频谱搬移的功能,在所设计的频段耦合度和隔离度能够满足要求。其中射频端口和本振端口的频率为0.8~1.2 GHz,中频频率DC~300 MHz,变频损耗8~10 dB,噪声系数9 dB左右,芯片面积0.9 mm×1 mm。