[發明專利]一種寬帶高線性度的射頻發射前端電路

有效

• 申請號: 201710937103.4
• 申請日: 2017-10-10
• 公開（公告）號: CN107911092B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 張為;李嘉駿
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H03G3/30
• 分類號: H03G3/30;G01S7/03
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種寬帶高線性度的射頻發射前端電路，在基帶和本振端口采用基于共柵放大器?共源放大器結構的巴倫實現超寬帶輸入匹配，在射頻端口采用基于推挽結構的A類功率放大器實現超寬帶輸出匹配，包括：基帶單轉雙模塊、本振單轉雙模塊、混頻器模塊、可變增益放大器模塊及驅動放大器模塊；混頻器模塊采用正交雙平衡吉爾伯特結構，將基帶單轉雙模塊提供的中頻信號通過與本振單轉雙模塊提供的本振信號進行電流換向調制，轉換為射頻差分信號提供給可變增益放大器模塊。

技術領域

本發明屬于集成電路設計技術領域，涉及一種射頻發射前端電路。

背景技術

自第二次世界大戰嶄露頭角后，雷達的應用范圍不斷擴大，除了應用在導彈防御、目標偵查等軍事領域，還廣泛應用于氣象探測、宇宙觀測等民用領域，其重要性不斷凸顯。相比傳統機械雷達，基于有源電掃陣列架構的相控陣雷達具有掃描速度快、跟蹤目標多、作用距離遠、分辨率高、可靠性高、環境適應力強等諸多優勢，已經成為現代雷達發展的重要方向之一。除了相控陣雷達的基礎結構外，實現射頻收發功能的T/R組件對其性能也有著深遠影響。通常一部大型相控陣雷達中包含數個陣面、每個陣面又由成百上千個T/R組件構成，對于單個T/R組件的優化將帶來系統性能的顯著提升、成本的大幅下降。

T/R組件中最重要的部分就是射頻收發前端。作為核心組成之一的射頻發射前端對來自上位機的基帶信號進行混頻、放大、濾波，將其頻譜搬移至高頻頻段從而實現有效發射。目前主流的射頻發射前端主要基于傳統的直接上變頻和超外差式發射機架構。前者電路結構簡單，不產生鏡像信號，但由于本振信號與輸出信號頻率相同，因此輸出信號噪聲較大。后者無本振牽引效應，但結構復雜，功耗較大。大多數射頻發射前端針對單一頻段應用進行設計，相對帶寬較窄。同時發射功率固定，不可根據應用場景進行調節。

發明內容

本發明的目的是在保證低噪聲、高輸出頻譜純凈度的前提下，提供一種寬帶、高線性度、輸出功率可控的新型射頻發射前端電路。利用其寬帶和輸出功率連續可調的特點，滿足多種應用的要求。技術方案如下：

一種寬帶高線性度的射頻發射前端電路，在基帶和本振端口采用基于共柵放大器-共源放大器結構的巴倫實現超寬帶輸入匹配，在射頻端口采用基于推挽結構的A類功率放大器實現超寬帶輸出匹配，包括：基帶單轉雙模塊、本振單轉雙模塊、混頻器模塊、可變增益放大器模塊及驅動放大器模塊，其中，

基帶單轉雙模塊將單端中頻輸入信號轉換為差分形式，提供給混頻器模塊的跨導單元，輸入匹配網絡由第一晶體管(M1)、串聯在第一晶體管(M1)柵極與地端之間的第一電容(C1)共同組成，用以實現基帶端口5M～200MHz的寬帶輸入匹配；

本振單轉雙模塊將單端本振輸入信號轉換為差分形式，提供給混頻器模塊的開關單元，輸入匹配網絡由第三晶體管(M3)、串聯在第三晶體管(M3)柵極與地端之間的第二電容(C2)及串聯在輸入端與第三晶體管(M3)柵極之間的第三電感(L3)組成，用以實現本振端口400M～0.2GHz的寬帶輸入匹配；

混頻器模塊采用正交雙平衡吉爾伯特結構，將基帶單轉雙模塊提供的中頻信號通過與本振單轉雙模塊提供的本振信號進行電流換向調制，轉換為射頻差分信號提供給可變增益放大器模塊；

可變增益放大器模塊采用基于跨導可變的共源共柵放大器對混頻器輸出的射頻信號進行增益控制，并將信號提供給驅動放大器模塊；

驅動放大器模塊采用基于源級跟隨器-共源放大器結構的雙轉單巴倫和基于推挽結構的A類功率放大器，將可變增益放大器提供的差分射頻信號轉換為單端信號，并提供一定功率增益。

優選地，所述基帶單轉雙模塊還包括第二晶體管(M2)及第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)；