[發明專利]一種小型化寬帶二倍頻器

在審

• 申請號: 202111254615.3
• 申請日: 2021-10-27
• 公開（公告）號: CN113965166A
• 公開（公告）日: 2022-01-21
• 發明（設計）人: 胡三明;丁一凡;沈一竹;林震
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H03B19/14
• 分類號: H03B19/14
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 沈廉

1.一種小型化寬帶二倍頻器，其特征在于，包括輸入匹配網絡、二倍頻單元、共源輸出級、輸出匹配網絡；

所述輸入匹配網絡由第一輸入匹配網絡電容(Cp1)、變壓器(XFMR)、第一電阻(R1)、第二輸入匹配網絡電容(Cp2)以及差模耦合電感(DMind)組成；變壓器(XFMR)初級線圈的一端接二倍頻器的輸入端(IN)，另一端接地，第一輸入匹配網絡電容(Cp1)并聯在變壓器(XFMR)的初級線圈上，變壓器(XFMR)次級線圈的兩端連接差模耦合電感(DMind)的兩輸入端，差模耦合電感(DMind)的另外兩輸出端分別連接二倍頻單元中的第一晶體管(M1)和第二晶體管(M2)的柵極；第一電阻(R1)的一端連接變壓器(XFMR)次級線圈的中心抽頭，另一端連接第一偏置電壓(Vbias1)，第二輸入匹配網絡電容(Cp2)并聯在變壓器(XFMR)次級線圈的兩端；

所述二倍頻單元由第一晶體管(M1)、第二晶體管(M2)和第一電感(L1)組成，第一晶體管(M1)和第二晶體管(M2)的源極接地，第一晶體管(M1)和第二晶體管(M2)的漏極直接相連后再連接到第一電感(L1)和共源輸出級電容(C1)，第一電感(L1)的另一端連接電源(VDD)；

所述共源輸出級由共源輸出級電容(C1)、第二電阻(R2)及第三晶體管(M3)組成，共源輸出級電容(C1)一端直接連接第一晶體管(M1)和第二晶體管(M2)的漏極，另一端連接輸出匹配網絡的第三晶體管(M3)的柵極，第二電阻(R2)一端連接第二偏置電壓(Vbias2)，另一端連接第三晶體管(M3)的柵極；

所述輸出匹配網絡由第二電感(L2)與輸出匹配網絡電容(C2)組成，第二電感(L2)一端連接第三晶體管(M3)的漏極，另一端連接電源(VDD)，輸出匹配網絡電容(C2)一端直接連接第三晶體管(M3)的漏極，另一端作為二倍頻器的輸出端(OUT)。

2.根據權利要求1所述的小型化寬帶二倍頻器，其特征在于，所述輸入匹配網絡中的差模耦合電感(DMind)由第一耦合電感(Lg1)和第二耦合電感(Lg2)相互耦合形成；第一耦合電感(Lg1)的輸入端接變壓器(XFMR)次級線圈的一端，第二耦合電感(Lg2)的輸入端接變壓器(XFMR)次級線圈的另一端，并且耦合方式應使得同名端處于信號輸入與輸出兩側。

3.根據權利要求1所述的小型化寬帶二倍頻器，其特征在于，所述差模耦合電感(DMind)中第一耦合電感(Lg1)和第二耦合電感(Lg2)由集成電路工藝的金屬線相互耦合實現，且為同一層金屬的耦合結構。

4.根據權利要求1所述的小型化寬帶二倍頻器，其特征在于，所述輸入匹配網絡的輸出端即差模耦合電感(DMind)的輸出端直接接第一晶體管(M1)和第二晶體管(M2)的柵極，將輸入的單端基頻信號轉換為差分基頻信號，并將所述差分基頻信號傳輸至二倍頻單元。

5.根據權利要求1所述的小型化寬帶二倍頻器，其特征在于，所述第一偏置電壓(Vbias1)經由第一電阻(R1)連接至變壓器(XFMR)次級線圈的中心抽頭處，并通過差模耦合電感(DMind)直接為第一晶體管(M1)和第二晶體管(M2)的柵極提供直流偏置，所述第一偏置電壓(Vbias1)選擇在相應輸入信號的幅度下使輸出二次諧波幅度最大時的直流電壓。

6.根據權利要求1所述的小型化寬帶二倍頻器，其特征在于，所述變壓器(XFMR)與差模耦合電感(DMind)均由集成電路工藝的金屬線耦合實現，且采用集成電路工藝實現單片集成，所述變壓器(XFMR)為同一層金屬的相互耦合結構或多層金屬的相互耦合結構。