一种超宽带毫米波混频电路的制作方法

本申请涉及微波射频集成电路领域，具体涉及一种超宽带毫米波混频电路。

背景技术：

1、在微波射频领域，频率的变换是实现微波信号传输的关键过程，无线通信、雷达探测等微波应用都需要通过频率变换完成信号调制和解调，以高效地传输信号。

2、基于砷化镓工艺的单片微波集成电路（monolithic microwave integratedcircuit，mmic）具有截止频率高、损耗低、体积小、加工精度高、一致性好的优点，尤其适合毫米波系统应用。mmic主要采用无源双平衡混频电路结构，这种结构不消耗直流功耗，对谐波信号具有较高抑制能力，被广泛采用。

3、无源双平衡混频电路需要通过巴伦实现射频（rf）、本振（lo）的单端非平衡信号与双端平衡信号的互相变换，巴伦的性能对无源双平衡混频器的性能具有重要影响。目前被广泛采用的巴伦为平面螺旋结构，如图1所示。该结构将较长的耦合线弯折为螺旋线圈，大大压缩了电路面积，并且螺旋结构进一步增强了涡流耦合，减小了巴伦损耗，应用于较低频率时具有显著优势。不过在毫米波频段，微带线弯折引入的寄生电容较大，rf和lo较短的波长使得电磁辐射增强，导致平面螺旋巴伦在毫米波频段性能恶化，无法满足毫米波混频器设计需要。

4、另一种巴伦是marchand巴伦，如图2所示。该结构对基本耦合线进行改进，引入开路短截线和短路短截线作为补偿，其中，开路短截线属于初级耦合线，短路短接线属于次级耦合线，可实现宽带特性。该结构由两组四分之一波长耦合线组成，长度较长，因此通常也需要通过弯折压缩面积。但由于marchand巴伦采用分布式结构，其对弯折带来的寄生电容和互耦更为敏感，较难实现理想的幅度平衡和相位平衡，无法满足毫米波混频器设计需要。

技术实现思路

1、本申请提出一种超宽带毫米波混频电路，针对现有技术中存在的传统巴伦在毫米波频段平衡特性恶化进而导致无源双平衡混频器性能退化的问题。

2、第一方面，本申请提出一种超宽带毫米波混频电路，用于实现射频、本振的单端非平衡信号与双端平衡信号的互相变换的巴伦，巴伦包括用于转换射频的rf巴伦和用于转换本振的lo巴伦，所述巴伦由一组初级耦合线和两组次级耦合线组成，初级耦合线接入单端非平衡信号，两组次级耦合线分别接入双端平衡差分信号；

3、其中，两组次级耦合线对称设置在初级耦合线的两侧。

4、进一步的，单个巴伦中，初级耦合线由两条四分之一波长耦合线组成，每组次级耦合线由两条短路短截线组成。

5、进一步的，对于初级耦合线、次级耦合线中的耦合线悬空设置。

6、进一步的，对悬空设置的耦合线，具体包括：将耦合线的微带线金属主体部分以空气桥形式悬浮于空气中，微带线金属主体部分与衬底表面隔绝，在微带线金属、衬底表面与空气引入一个寄生电容ct2，且衬底寄生电容ct1、寄生电容ct2串联一端接地、一端接微带线金属。

7、进一步的，对所述巴伦中，对初级耦合线的两组四分之一波长耦合线的末端分别通过接入电容到地，所述电容用于补偿巴伦的低频响应。

8、进一步的，在lo巴伦的初级耦合线中点处，引入用于改善lo信号平衡性的平衡补偿电容，所述平衡补偿电容接地。

9、进一步的，包括设置在次级耦合线中本振耦合和射频耦合间二极管对，在本振耦合的平衡差分信号输出端与二极管对间引入串联相位补偿微带线tl1，所述微带线tl1用于补偿版图布局不对称带来的相位偏差。

10、进一步的，还包括在射频耦合的平衡差分信号输出端引入有耗匹配网络再接入if端口。

11、进一步的，在rf输入端与所述rf巴伦之间引入lc串联谐振网络。

12、进一步的，在lo输入端与lo巴伦之间引入lc串联谐振网络。

13、相比现有技术，本申请的技术方案具有如下优点/有益效果：

14、本申请采用改进型双耦合marchand巴伦提高了对称性，改善了奇模传输特性，可扩展带宽；

15、本申请采用悬空耦合线结构，减小了垂直方向的寄生电容，进而提高了耦合线的宽带耦合效应，减小了损耗；

16、本申请通过弯折耦合线和在初级耦合线末端串联电容到地，缩小芯片面积的同时改善了巴伦低频响应；

17、本申请在lo巴伦中引入平衡补偿电容和相位补偿微带线，改善了lo差分输出信号的平衡度，有益于混频器抑制高阶谐波；

18、本申请在if端口引入有耗匹配网络，可改善if端口匹配，抑制高频信号；

19、本申请在rf输入端和lo输入端引入lc串联谐振网络，有益于在宽带范围内实现较好的匹配特性。

技术特征：

1.一种超宽带毫米波混频电路，其特征在于，用于实现射频、本振的单端非平衡信号与双端平衡信号的互相变换的巴伦，巴伦包括用于转换射频的rf巴伦和用于转换本振的lo巴伦，所述巴伦由一组初级耦合线和两组次级耦合线组成，初级耦合线接入单端非平衡信号，两组次级耦合线分别接入双端平衡差分信号；

2.根据权利要求1所述的一种超宽带毫米波混频电路，其特征在于，单个巴伦中，初级耦合线由两条四分之一波长耦合线组成，每组次级耦合线由两条短路短截线组成。

3.根据权利要求2所述的一种超宽带毫米波混频电路，其特征在于，对于初级耦合线、次级耦合线中的耦合线悬空设置。

4.根据权利要求3所述的一种超宽带毫米波混频电路，其特征在于，对悬空设置的耦合线，具体包括：将耦合线的微带线金属主体部分以空气桥形式悬浮于空气中，微带线金属主体部分与衬底表面隔绝，在微带线金属、衬底表面与空气引入一个寄生电容ct2，且衬底寄生电容ct1、寄生电容ct2串联一端接地、一端接微带线金属。

5.根据权利要求4所述的一种超宽带毫米波混频电路，其特征在于，其中，在lo巴伦的初级耦合线中点处，引入用于改善lo信号平衡性的平衡补偿电容，所述平衡补偿电容接地。

6.根据权利要求4所述的一种超宽带毫米波混频电路，其特征在于，对所述巴伦中，对初级耦合线的两组四分之一波长耦合线的末端分别通过接入电容到地，所述电容用于补偿巴伦的低频响应。

7.根据权利要求5所述的一种超宽带毫米波混频电路，其特征在于，包括设置在次级耦合线中本振耦合和射频耦合间二极管对，在本振耦合的平衡差分信号输出端与二极管对间引入串联相位补偿微带线tl1，所述微带线tl1用于补偿版图布局不对称带来的相位偏差。

8.根据权利要求7所述的一种超宽带毫米波混频电路，其特征在于，还包括在射频耦合的平衡差分信号输出端引入有耗匹配网络再接入if端口。

9.根据权利要求7所述的一种超宽带毫米波混频电路，其特征在于，在rf输入端与所述rf巴伦之间引入lc串联谐振网络。

10.根据权利要求7所述的一种超宽带毫米波混频电路，其特征在于，在lo输入端与lo巴伦之间引入lc串联谐振网络。

技术总结本申请公开了一种超宽带毫米波混频电路，涉及微波射频集成电路领域，本申请包括用于实现射频、本振的单端非平衡信号与双端平衡信号的互相变换的巴伦，巴伦包括用于转换射频的RF巴伦和用于转换本振的LO巴伦，所述巴伦由一组初级耦合线和两组次级耦合线组成，初级耦合线接入单端非平衡信号，两组次级耦合线分别接入双端平衡差分信号；其中，两组次级耦合线对称设置在初级耦合线的两侧。本申请采用改进型双耦合Marchand巴伦提高了对称性，改善了奇模传输特性，可扩展带宽。技术研发人员：王向东,杨柯,罗力伟,王祁钰受保护的技术使用者：四川益丰电子科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23