[發明專利]基于左右手復合非線性傳輸線的倍頻器

有效

• 申請號: 200910082090.2
• 申請日: 2009-04-22
• 公開（公告）號: CN101872883A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 楊浩;吳茹菲;董軍榮;黃杰;張海英
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01P1/213
• 分類號: H01P1/213
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及倍頻器技術領域，特別是涉及一種基于左右手復合非線性傳輸線的倍頻器。

背景技術

微波倍頻器廣泛應用于通信、雷達和測量儀器等系統中。其主要作用可歸納為以下幾個方面：一、對頻率低，但輸出頻率穩定的振蕩器倍頻，獲得高穩定度的高頻振蕩源；二、在晶體管振蕩器的最高振蕩頻率達不到系統要求時，通過倍頻器獲得超高頻振蕩源；三、獲得多個整數倍頻率。

非線性傳輸線是一種廣泛應用的倍頻器結構，它具有結構簡單、無需額外的匹配電路和空閑電路等優點。典型的非線性傳輸線包括若干段以一定間距串聯的微帶傳輸線，每段微帶線之間放置反向偏置的并聯肖特基二極管。肖特基二極管作為可變電容，其容值隨偏置電壓改變，非線性容抗引起諧波，實現倍頻功能。

上述傳統非線性傳輸線的簡化電路模型為周期負載的串聯電感和并聯電容，這種結構被稱為右手傳輸線，即電場強度E、磁場強度H和波矢k滿足右手螺旋法則。傳統的右手非線性傳輸線存在一些固有缺陷：右手傳輸線等效電路為低通電路，因此輸出諧波的最高頻率小于傳輸線截止頻率，在高頻應用中受限；低通電路自身無法抑制輸入的基波信號，而基波信號幅度往往遠大于諧波信號，為獲得理想的諧波，對系統中的濾波器提出很高要求。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為了解決上述問題，本發明提供一種基于左右手復合非線性傳輸線的倍頻器。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種倍頻器，該倍頻器由至少一個左右手復合非線性傳輸線單元構成，該左右手復合非線性傳輸線單元由單節左手非線性傳輸線和單節右手非線性傳輸線串聯而成。

上述方案中，所述單節左手非線性傳輸線包括：串聯連接的第一固定電容和第二固定電容；串聯于該第一固定電容與第二固定電容之間的第一可變電容；并聯于該第一固定電容與第一可變電容之間的第一電感；以及并聯于該第一可變電容與第二固定電容之間的第二電感。

上述方案中，所述單節右手非線性傳輸線包括：串聯連接的第三電感和第四電感；以及并聯于該第三電感和第四電感之間的第二可變電容。

上述方案中，所述第一可變電容或第二可變電容由自偏置的PIN二極管構成。

上述方案中，所述第一可變電容或第二可變電容與輸入信號的振幅相關，當輸入信號的振幅大于作為可變電容的PIN二極管的開啟電壓，則可變電容的容值由一個較小的固定值轉變為直流通路，即一個大的電容值，并由此產生頻率為輸入信號整數倍的諧波。

上述方案中，所述左右手復合非線性傳輸線單元具有帶通特性，用于傳輸特定頻率的微波信號。

上述方案中，所述左右手復合非線性傳輸線單元的輸入端為右手非線性傳輸線，輸出端為左手非線性傳輸線。

上述方案中，通過選擇可變電容的電容值和電感的電感值，能夠獲得與輸入端口/輸出端口匹配的傳輸線特征阻抗，無需獨立的匹配電路。

上述方案中，該倍頻器由多個左右手復合非線性傳輸線單元構成時，該多個左右手復合非線性傳輸線單元串連連接。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：

1、利用本發明，可以有效提高倍頻器在較高頻率上的倍頻效率。本發明提供的這種基于左右手復合非線性傳輸線的倍頻器，吸收了左手非線性傳輸線可以工作于更高頻率的優點；結合輸出端右手非線性傳輸線單元對高頻諧波的抑制。從而進一步提高了非線性傳輸線倍頻器在較高頻率的倍頻效率。

2、利用本發明，可以有效抑制輸出信號中的基波功率。由于本發明提供的這種基于左右手復合非線性傳輸線的倍頻器具有帶通特性，因此通過合理選擇器件參數，可以抑制頻率較低的基波信號。

3、利用本發明，可以抑制多余的諧波信號。由于本發明提供的這種基于左右手復合非線性傳輸線的倍頻器具有帶通特性，因此通過合理選擇器件參數，可以抑制不需要的高次諧波信號。

4、利用本發明，可以省略外加偏置電路。由于本發明中的二極管采用自偏置結構，因此無需偏置電路，簡化了倍頻器結構，縮小了體積。

5、利用本發明，可以省略額外的匹配電路，改善倍頻器微波特性。

附圖說明

圖1是PIN二極管伏安特性示意圖；

圖2是左手非線性傳輸線單元的結構示意圖；

圖3是右手非線性傳輸線單元的結構示意圖；

圖4是左右手復合非線性傳輸線單元的結構示意圖；

圖5是對左右手復合非線性傳輸線單元進行電路小信號S參數分析的結果；

圖6是左右手復合非線性傳輸線倍頻效果仿真圖。