一种可重构变频电路和无线通信设备的制作方法

1.本技术涉及倍频放大电路技术领域，尤其涉及一种可重构变频电路和无线通信设备。


背景技术：

2.倍频器多用于雷达系统、电子设备、以及其他无线通信系统中，可将较低频率的信号源进行处理从而得到高频信号。
3.倍频器内部的核心单元就是倍频放大电路，它的工作模式是将输入的基波信号频率整数倍的改变频率并且进行功率放大传输至输出端。
4.当前通信技术无法满足这种需要：倍频电路能够进行可调控的变频次数，或者称之为可重构，并且变频方式简单可靠。
5.因此研究可重构的倍频放大电路结构具有重要意义，有助于降低设备成本、提升集成度。


技术实现要素：

6.本技术的目的在于提供一种可重构变频电路和无线通信设备，以解决现有技术中如何实现可调控的变频次数的倍频电路技术问题。
7.为实现上述目的，本技术实施例采取了如下技术方案。
8.第一方面，本技术实施例提供一种可重构变频电路，包括：前级驱动放大级、倍频级、滤波器和末级功率放大级。所述前级驱动放大级、所述倍频级、所述滤波器和所述末级功率放大级依次电连接。
9.所述倍频级包括直流偏置控制电路和反向并联二极管对。
10.所述反向并联二极管对的第一端连接所述直流偏置控制电路的第一端、前级驱动放大级和所述滤波器；所述反向并联二极管对的第二端接地或通过电容射频接地。
11.当所述直流偏置控制电路的第二端接入第一直流控制电压时，所述反向并联二极管对中的一个二极管处于正向导通状态，所述可重构变频电路处于二倍频工作状态；
12.当所述直流偏置控制电路的第二端不接第一直流控制电压时，所述反向并联二极管对处于对称状态，所述可重构变频电路处于三倍频工作状态。
13.可选地，所述倍频级还包括第一匹配网络；
14.所述反向并联二极管对的第一端通过所述第一匹配网络连接前级驱动放大级。
15.可选地，所述前级驱动放大级包括输入匹配网络、第一直流偏置电路、第二直流偏置电路和晶体管；
16.所述晶体管的控制极连接所述第一直流偏置电路的第一端和所述输入匹配网络，所述晶体管的第一极接地，所述晶体管的第二极连接所述第二直流偏置电路的第一端和所述反向并联二极管对的第一端；
17.所述第一直流偏置电路的第二端连接第二直流控制电压，所述第二直流偏置电路
的第二端连接第三直流控制电压。
18.可选地，所述前级驱动放大级还包括rlc负反馈电路，所述rlc负反馈电路连接于所述晶体管的控制极和第二极之间。
19.可选地，所述rlc负反馈电路包括电感、电阻和电容，电感、所述电阻和所述电容串联之后的一端连接所述晶体管的控制极，另一端连接晶体管的第二极。
20.可选地，所述末级功率放大级包括至少一级放大级电路；所述放大级电路包括：输入端匹配网络、输出端匹配网络、mos管、栅极直流偏置电路和漏极直流偏置电路；
21.所述mos管的栅极通过输入端匹配网络连接前一级电路，所述mos管的栅极连接所述栅极直流偏置电路，所述mos管的漏极连接所述漏极直流偏置电路和所述输出端匹配网络；
22.当放大级电路包括多级时，前一级放大级电路的输出端匹配网络作为后一级的输入端匹配网络。
23.可选地，所述晶体管为基于iii-v族化合物半导体工艺的场效应晶体管，所述晶体管的控制极为栅极，第一极为源极，第二极为漏极。
24.可选地，所述滤波器为高通吸收式滤波器。
25.可选地，所述反向并联二极管对包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和所述第二二极管反向并联后的一端连接所述直流偏置控制电路的第一端，另一端接地。
26.第二方面，本技术实施例提供一种无线通信设备，所述无线通信设备包括第一方面所述的可重构变频电路。
27.相对于现有技术，本技术实施例提供的可重构变频电路和无线通信设备具有以下有益效果：
28.当所述直流偏置控制电路的第二端不接第一直流控制电压时，所述反向并联二极管对处于对称状态，输入的功率足以达到非线性工作时，所述反向并联二极管对产生的偶次谐波倍频信号会被抵消，只有奇次谐波倍频信号输出至下一级，从而实现三倍频。
29.当所述直流偏置控制电路的第二端接入第一直流控制电压时，所述反向并联二极管对中的一个二极管处于正向导通状态，因此与另一个二极管失去对称性；当输入的功率足以达到非线性工作时，所述反向并联二极管对将产生数个相对于基波的谐波倍频信号，输出的变频信号将传输至下一级，其中产生的二次谐波经过滤波器输出至后级，从而实现二倍频。
30.综合上述三倍频和二倍频的原理，控制所述直流偏置控制电路的第二端是否接入第一直流控制电压，即实现了不同的倍频切换，不需要每一套电路对应一种倍频，有助于降低设备成本、提升集成度。
附图说明
31.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
32.图1为本技术实施例提供的一种可重构倍频电路的结构框图；
33.图2为本技术实施例提供的一种可重构倍频电路的电路示意图；
34.图3为本技术实施例提供的一种反向并联二极管对射频接地示意图；
35.图4为本技术实施例提供的一种前级驱动放大级包括输入匹配网络、第一直流偏置电路、第二直流偏置电路和晶体管的示意图；
36.图5为本技术实施例提供的一种前级驱动放大级的晶体管的栅极与漏极并联负反馈电路的示意图；
37.图6为本技术实施例提供的一种7～13.5ghz处理为21～27ghz的可重构倍频电路示意图；
38.图7为本技术实施案例的二次谐波倍频输出功率曲线示意图；
39.图8为本技术实施案例的三次谐波倍频输出功率曲线示意图。
40.附图标记说明：
41.1-前级驱动放大级
42.2-倍频级
43.3-滤波器
44.4-末级功率放大级
45.101-输入匹配网络
46.102-第一直流偏置电路
47.103-第二直流偏置电路
48.201-直流偏置控制电路
49.202-反向并联二极管对
50.203-第一匹配网络
具体实施方式
51.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
52.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
53.在本技术的描述中，需要说明的是，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
54.随着通信技术发展，需要可调控变频次数的倍频电路，因此，本技术实施例提供了一种可重构变频电路，可参阅图1，可重构变频电路包括：前级驱动放大级1、倍频级2、滤波器3和末级功率放大级4。前级驱动放大级1、倍频级2、滤波器3和末级功率放大级4依次电连接。基波信号从前级驱动放大级1输入，经过倍频级2、滤波器3和末级功率放大级4后，作为
倍频信号输出。
55.如图2，倍频级2包括直流偏置控制电路201和反向并联二极管对202。
56.为了描述连接关系，对图中各端做出以下定义：
57.将图中反向并联二极管对202的下端定义为第一端，上端定义为第二端；直流偏置控制电路201的上端定义为第一端，下端定义为第二端。
58.继而连接关系描述如下：
59.反向并联二极管对202的第一端连接直流偏置控制电路201的第一端、前级驱动放大级1和滤波器3；反向并联二极管对202的第二端接地。
60.下面介绍本可重构变频电路的原理：
61.1、当直流偏置控制电路的第二端不接第一直流控制电压时，反向并联二极管对处于对称状态，输入的功率足以达到非线性工作时，反向并联二极管对产生的偶次谐波倍频信号会被抵消，只有奇次谐波倍频信号输出至下一级，三次谐波经过滤波器输出至后级，从而实现三倍频。
62.2、当直流偏置控制电路的第二端接入第一直流控制电压时，反向并联二极管对中的一个二极管处于正向导通状态直流偏置控制电路使该二极管工作在开启电压上，因此与另一个二极管失去对称性；当输入的功率足以达到非线性工作时，反向并联二极管对将产生数个相对于基波的谐波倍频信号，输出的变频信号将传输至下一级，其中产生的二次谐波经过滤波器输出至后级，从而实现二倍频。
63.综合上述1、2的原理，控制直流偏置控制电路的第二端是否接入第一直流控制电压，即实现了不同的倍频切换，不需要多套电路、每一套电路对应一种倍频，且本技术的方案结构简单、易于设计，有助于降低设备成本、提升集成度，即本技术的有益效果所在。
64.直流偏置控制电路201可以由电阻等器件组成，直流偏置控制电路201可以是一个恒压电路，起到限流和稳定电压的作用。
65.若反向并联二极管对202采用iii-v族gaas工艺制作的二极管，可以设置直流偏置控制电路201提供的电压为1v，从而让二极管刚刚导通。
66.如图3，反向并联二极管对202的第二端也可以连接一个恒定电压，但至少需要通过电容射频接地。
67.前级驱动放大级1可以由一种具有超宽带特性的功率放大器实现，覆盖更广的基波频带范围。
68.如图4，前级驱动放大级1可包括输入匹配网络101、第一直流偏置电路102、第二直流偏置电路103和晶体管fet1。
69.连接关系描述如下：晶体管fet1的控制极连接第一直流偏置电路102的第一端和输入匹配网络101，晶体管fet1的第一极接地，晶体管fet1的第二极连接第二直流偏置电路103的第一端和反向并联二极管对202的第一端。第一直流偏置电路102的第二端连接第二直流控制电压vcc2，第二直流偏置电路103的第二端连接第三直流控制电压vcc3。
70.其中第一直流偏置电路102、第二直流偏置电路103可以使射频信号被阻断隔离，满足直流可通过。
71.特别地，为了实现超宽带功率放大的目的，在晶体管fet1的栅极与漏极可以并联负反馈电路，如图5，的负反馈电路由电阻r1、电容c1和电感l1串联组成。
72.输入匹配网络101放置在第一晶体管栅极之前，如图5，可以设置第一匹配网络203放置在第一晶体管漏极之后，输入的基波信号经过输入匹配网络101传输至第一晶体管做功率放大后，再通过第一匹配网络203传输至下一级。
73.之后的滤波器3可以是高通吸收式滤波器，由电阻、电感、电容构成，其中电阻用于吸收处于阻带的低频基波射频信号，而由倍频级产生的有用变频信号可通过高通吸收式滤波器传输至下一级。也可以采用带通吸收式滤波器，但是带通滤波器的损耗较大，电路结构也比较复杂，本发明优选高通结构。
74.特别的，高通吸收式滤波器的目的是对倍频信号进行低损耗的传输，并且对低频阻带信号要吸收不反射，防止低频的反射信号会对倍频级产生互调，影响效率。
75.最后的末级功率放大级4可由多个放大级电路构成，放大级电路包括：输入端匹配网络、输出端匹配网络、mos管、栅极直流偏置电路和漏极直流偏置电路。其中的连接关系为：mos管的栅极通过输入端匹配网络连接前一级电路，mos管的栅极连接栅极直流偏置电路，mos管的漏极连接漏极直流偏置电路和输出端匹配网络。当放大级电路包括多级时，前一级放大级电路的输出端匹配网络作为后一级的输入端匹配网络。
76.上述mos管等所有晶体管都可以由基于iii-v族化合物半导体工艺制成，具有高增益、高输出功率、高效率的优势。
77.图6的示例中，倍频电路的输入信号需要对两个频段进行放大输出，前级驱动放大电路的工作频段为7～13.5ghz。输入信号经过晶体管fte1后被放大输出至下一级，为了实现高效率传输，第一匹配网络需严格设计，保证输出的功率能够满足倍频级的输入功率要求。高通吸收式滤波器的通带可以为21ghz及以上，阻带为13.5ghz及以下。对于fet2和fet3组成的末级功率放大级，由前一级输入进来的21～27ghz倍频信号经过两级功率放大后输出至输出端口。图7展示了本实施案例的二次谐波倍频输出功率曲线，横坐标为输入信号频率，可以看到二次谐波输出功率达到20dbm以上，并且其他谐波频率以及基波频率的功率较小。图8是本实施案例的三次谐波倍频输出功率曲线，横坐标为输入信号频率，可以看到三次谐波输出功率达到21dbm以上，并且其他谐波频率以及基波频率的功率较小。
78.基于上述实施例，本技术实施例还提供一种无线通信设备，所述无线通信设备包括上述的可重构变频电路。
79.以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
80.以上仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种可重构变频电路，其特征在于，包括：前级驱动放大级(1)、倍频级(2)、滤波器(3)和末级功率放大级(4)；所述前级驱动放大级(1)、所述倍频级(2)、所述滤波器(3)和所述末级功率放大级(4)依次电连接；所述倍频级(2)包括直流偏置控制电路(201)和反向并联二极管对(202)；所述反向并联二极管对(202)的第一端连接所述直流偏置控制电路(201)的第一端、前级驱动放大级(1)和所述滤波器(3)；所述反向并联二极管对(202)的第二端接地或通过电容射频接地；当所述直流偏置控制电路(201)的第二端接入第一直流控制电压(vcc1)时，所述反向并联二极管对(202)中的一个二极管处于正向导通状态，所述可重构变频电路处于二倍频工作状态；当所述直流偏置控制电路(201)的第二端不接第一直流控制电压(vcc1)时，所述反向并联二极管对(202)处于对称状态，所述可重构变频电路处于三倍频工作状态。2.如权利要求1所述的可重构变频电路，其特征在于，所述倍频级(2)还包括第一匹配网络(203)；所述反向并联二极管对(202)的第一端通过所述第一匹配网络(203)连接前级驱动放大级(1)。3.如权利要求1所述的可重构变频电路，其特征在于，所述前级驱动放大级(1)包括输入匹配网络(101)、第一直流偏置电路(102)、第二直流偏置电路(103)和晶体管(fet1)；所述晶体管(fet1)的控制极连接所述第一直流偏置电路(102)的第一端和所述输入匹配网络(101)，所述晶体管(fet1)的第一极接地，所述晶体管(fet1)的第二极连接所述第二直流偏置电路(103)的第一端和所述反向并联二极管对(202)的第一端；所述第一直流偏置电路(102)的第二端连接第二直流控制电压(vcc2)，所述第二直流偏置电路(103)的第二端连接第三直流控制电压(vcc3)。4.如权利要求3所述的可重构变频电路，其特征在于，所述前级驱动放大级(1)还包括rlc负反馈电路，所述rlc负反馈电路连接于所述晶体管(fet1)的控制极和第二极之间。5.如权利要求4所述的可重构变频电路，其特征在于，所述rlc负反馈电路包括电感(l1)、电阻(r1)和电容(c1)，电感(l1)、所述电阻(r1)和所述电容(c1)串联之后的一端连接所述晶体管(fet1)的控制极，另一端连接晶体管(fet1)的第二极。6.如权利要求1所述的可重构变频电路，其特征在于，所述末级功率放大级(4)包括至少一级放大级电路；所述放大级电路包括：输入端匹配网络、输出端匹配网络、mos管、栅极直流偏置电路和漏极直流偏置电路；所述mos管的栅极通过输入端匹配网络连接前一级电路，所述mos管的栅极连接所述栅极直流偏置电路，所述mos管的漏极连接所述漏极直流偏置电路和所述输出端匹配网络；当放大级电路包括多级时，前一级放大级电路的输出端匹配网络作为后一级的输入端匹配网络。7.如权利要求3所述的可重构变频电路，其特征在于，所述晶体管(fet1)为基于iii-v族化合物半导体工艺的场效应晶体管，所述晶体管(fet1)的控制极为栅极，第一极为源极，第二极为漏极。8.如权利要求1所述的可重构变频电路，其特征在于，所述滤波器(3)为高通吸收式滤
波器。9.如权利要求1所述的可重构变频电路，其特征在于，所述反向并联二极管对(202)包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和所述第二二极管反向并联后的一端连接所述直流偏置控制电路(201)的第一端，另一端接地。10.一种无线通信设备，其特征在于，所述无线通信设备包括如权利要求1-9任一项所述的可重构变频电路。

技术总结
本申请实施例提供一种可重构变频电路和无线通信设备，涉及倍频放大电路技术领域。其中，前级驱动放大级(1)、倍频级(2)、滤波器(3)和末级功率放大级(4)依次电连接。倍频级(2)包括直流偏置控制电路(201)和反向并联二极管对(202)。反向并联二极管对(202)的第一端连接直流偏置控制电路(201)的第一端、前级驱动放大级(1)和滤波器(3)；反向并联二极管对(202)的第二端接地。控制所述直流偏置控制电路的第二端是否接入第一直流控制电压，即实现了不同的倍频切换，不需要多套电路、每一套电路对应一种倍频，有助于降低设备成本、提升集成度，即本申请的有益效果所在。申请的有益效果所在。申请的有益效果所在。


技术研发人员：刘伟 刘强 郭齐 陈青勇 于磊
受保护的技术使用者：成都天成电科科技有限公司
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/8/14