Ka频段毫米波谐波直接调制器

摘要

本发明提出的一种Ka频段毫米波谐波直接调制器，旨在提供一种高载波抑制、工作频带宽、稳定性好，能够适用于毫米波高速速传的宽带直接调制器，本发明通过下述技术方案予以实现：I、Q两路基带信号分别经过基带信号I输入端和基带信号Q输入端馈入到两个完全相同的乘法器，微波信号通过微波功分器(23)同相功分为两路，一路通过功分器第一功分端通过移相器移相45°后，馈入到第一谐波乘法器，另一路通过功分器第二功分端直接馈入到第二谐波乘法器；I、Q两路基带信号分别通过带有基带信号I输入端的第一低通滤波器和带有基带信号Q输入端的第二低通滤波器，在两个乘法器中分别与载波信号的二次谐波相乘，经过毫米波功分器同相相加后输出调制信号。

说明书

技术领域

本发明涉及一种主要应用于各种平台的通信领域，用于Ka频段毫米波直接调制的调 制器。

背景技术

随着信息时代的到来，人们对多媒体宽带业务的需求日益递增，而对与目前频谱资 源紧张的无线通信系统来说，已经不能适应当前的变化，因此就必须开发更高频率的资源， 向更高容量和传输速率发展，因此毫米波频段资源成为未来宽带通信的首选。具有工作带宽 宽，可实现大数据、高速的数据传输特点的毫米波直接调制器，正好满足这一需求。

目前可用于Ka频段小型化卫星通信设备中的毫米波直接调制器，由于毫米波频段 直接调制方式存在载波泄漏、I/Q通道不平衡导致调制精度下降的问题。毫米波直接调制器 采用基于基波的IQ乘法器、基于移相开关的0/π调制器。其中，基于基波的IQ乘法器在 Ka频段，由于频段升高、波长变短、电路加工精度要求高，导致基波IQ乘法器的载波泄漏 比较高，无法满足工程应用的需求，而且基于移相开关的0/π调制器只能实现BPSK的调制 方式，频带利用率比较低，不适合大数据高速传输。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种结构简单、成本低、 高载波抑制、载波频率低、工作频带宽、稳定性好，能够适用于毫米波高速速传的宽带直接 调制器。

工作在毫米波波段直接调制的电路结构，具有高载波抑制、工作频带宽、易于实现 的优点。

本发明的上述目的可以通过以下措施来实现，一种Ka频段毫米波谐波直接调制器， 包括，两路电路原理相同，两端分别连接毫米波功分器和微波功分器的谐波乘法器24、25)， 特征在于：在两路谐波乘法器中，射频带通滤波器、反并联二极管对、载波匹配电路和移相 器顺次串联，且在射频带通滤波器与载波匹配电路之间并联有带有基带信号I输入端的低通 滤波器和谐波回收电路，以及在载波匹配电路与移相器之间并联的射频接地电路；I、Q两 路基带信号分别经过基带信号I输入端9)和基带信号Q输入端10)馈入到两个完全相同的 乘法器24、25)，载波信号通过微波功分器23)同相功分为两路，一路通过功分器第一功分 端20)通过移相器19)移相45°后，馈入到第一谐波乘法器24)，另一路通过功分器第二 功分端21)直接馈入到第二谐波乘法器25)；I、Q两路基带信号分别通过带有基带信号I输 入端9的第一低通滤波器7)和带有基带信号Q输入端10)的第二低通滤波器8)，在两个 乘法器中分别与载波信号的二次谐波相乘，经过毫米波功分器4)同相相加后输出调制信号。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

本发明基带信号分别经过9、10)馈入到两个完全相同的谐波乘法器4)25)。载波信号通过 功分器23)同相功分为两路，一路移相45°馈入到第一谐波乘法器24)，另一路直接馈入 到第二谐波乘法器25)。I、Q两路基带信号在两个乘法器中分别与载波信号的二次谐波相 乘，经过毫米波功分器4)同相相加后输出调制信号。

本发明采用基带信号与载波信号的二次谐波调制的方式，降低了载波信号的工作频 率，从而使载波信号更易产生。现有调制技术其调制输出信号的载波频率就是输入载波的频 率，而本发明调制输出信号的载波是输入载波信号的二次谐波。大大降低了载波信号实现的 难度，尤其在频率更高的频段，其效益更加明显。

本发明的Ka频段毫米波谐波直接调制器，采用反并联二极管对实现谐波乘法运算， 反并联二极管对技术具有偶次组合波无输出的特点，所以载波分量的亚谐波即虚载波在二极 管对内被抑制，基本无输出，其虚载波的抑制度由两个乘法电路24、25的一致性保证，通 过载波匹配电路降低了对载波信号输入功率的要求，降低了载波信号的功率要求，从而降低 了虚载波在调制输出端的泄漏功率。

本发明在两路乘法器中引入载波匹配电路17、18，降低了对载波输入功率的要求和 虚载波在调制输出的泄漏功率。乘法器引入谐波回收电路11、12，将载波信号的高次谐波 分量进行回收利用，提高了乘法器(24、25)的调制效率，采用了谐波回收技术，将载波信号 的高次谐波分量进行回收利用，提高了调制器的调制效率。突破了毫米波直接调制技术的瓶 颈。

本发明调制器的谐波乘法器引入第一载波信号接地电路，11第二载波信号接地电路 12谐波回收电路，将载波信号的高次谐波分量进行回收利用，提高了乘法器(24)(25)的调制 效率：

本发明调制器采用谐波乘法器24、25实现信号调制，基带信号与载波信号的二次谐波相乘， 降低了载波信号的工作频率，使载波信号产生更容易。

本发明适用BPSK、QPSK、8PSK等多种调制方式，可应用与毫米波直接调制解调的 通信系统，可支持通信系统数据大数据、高速率的数据传输。

附图说明

图1是本发明Ka频段毫米波谐波直接调制器的电路原理框图。

图中：1毫米波功分器公共端和调制输出端口，2毫米波功分器第一功分端，3毫米 波功分器第二功分端，4毫米波功分器，5第一射频带通滤波器，6第二射频带通滤波器，7 第一低通滤波器，8第二低通滤波器，9基带信号I输入端，10基带信号Q输入端，11第一 载波信号接地电路，12第二载波信号接地电路，13第一反并联二极管对，14第二反并联二 极管对，15第一射频接地电路，16第二射频接地电路，17第一载波匹配电路，18第二载波 匹配电路，19移相器，20微波功分器第一功分端，21微波功分器第二功分端，22载波信号 输入端，23微波功分器，24第一谐波乘法器，25第二谐波乘法器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

在图1中，Ka频段毫米波谐波直接调制器，主要包括：毫米波第一谐波乘法器24和 第二谐波乘法器25、毫米波功分器4，微波功分器23，移相器19。主要由两路电路原理相 同，两端分别连接毫米波功分器和微波功分器的谐波乘法器24、25组成。在两路谐波乘法 器24、25中，第一路的第一反并联二极管对13与第一载波匹配电路17之间并联有第一射 频接地电路15，第二路的第二反并联二极管对14与8第二载波匹配电路之间并联有第二射 频接地电路16，其中，第二反并联二极管对14、第一射频接地电路15和第二射频接地电路 16为调制输出信号提供地回路，同时对载波信号实现开路，保证载波信号低损耗地传输到 第一反并联二极管对13和第二反并联二极管对14。第一路的第一射频带通滤波器5和第二 路的第二射频带通滤波器6实现抑制基带信号在射频输入端的能量泄漏；第一路第一低通滤 波器7和第二路的第二低通滤波器8实现抑制调制信号在基带信号输入端的能量泄漏。两路 调制信号分别通过毫米波功分器第一路的第一功分端2和第一路的第二功分端3完成加法运 算，最后在毫米波功分器公共端和调制输出端口1输出最终调制信号。

调制器的微波信号输入端设有降低对载波输入的功率和降低载波信号在调制其输出 端的功率泄漏的载波阻抗匹配电路17、18。在两路谐波乘法器中，射频带通滤波器、反并 联二极管对、载波匹配电路、移相器顺次串联，且在射频带通滤波器与载波匹配电路之间并 联有带有基带信号I输入端的低通滤波器和谐波回收电路，以及在载波匹配电路与移相器之 间并联的射频接地电路；I、Q两路基带信号分别经过基带信号I输入端9和基带信号Q输 入端10馈入到两个完全相同的乘法器24、25，微波信号通过微波功分器23同相功分为两 路，一路通过微波功分器第一功分端20馈入移相器19，移相45°后，再馈入到第一谐波乘 法器24，另一路通过第二功分器功分端21直接馈入到第二谐波乘法器25；I、Q两路基带 信号分别通过带有基带信号I输入端9的第一低通滤波器7和带有基带信号Q输入端10的 第二低通滤波器8，在两个乘法器中分别与载波信号的二次谐波相乘，经过毫米功分器4同 相相加后输出调制信号。

I、Q两路调制信号分别通过毫米波功分器第一功分端2，毫米波功分器第二功分端3 端口馈入到毫米波功分器4，经过同相相加后输出到毫米波功分器公共端和调制输端口1。

基带信号I和Q通过基带输入端的基带信号I输入端9和基带信号Q输入端10分别 馈入到两个第一谐波乘法器24和第二谐波乘法器25，载波信号由于载波信号输入端22，馈 入到微波功分器23，功分为两路等幅同相的信号，一路输入微波功分器第一功分端20经过 移相器19实现移相45°后馈入到乘法器24。另一路输入微波功分器第二功分端21直接馈 入到乘法器25。两路载波信号分别通过第一载波匹配电路17和第二载波匹配电路18馈入 到第一反并联二极管对13和第二反并联二极管对14，调制器通过反并联二极管对13、14 的非线性实现乘法运算，乘法运算产生的偶次组合分量在二极管对内部循环，对外无输出， 降低调制器载波信号在输出端的泄漏。由于二极管阻抗并不是50Ω，采用第一载波匹配电 路17和第二载波匹配电路18，使二极管阻抗在载波输入极与50Ω传输线阻抗匹配，降低载 波信号在二极管载波输入极的反射，降低载波信号的输入功率。两路谐波乘法器24、25利 用第一反并联二极管对13和第二反并联二极管对14的非线性，第一反并联二极管对13和 第二反并联二极管对14产生丰富的谐波分量，提取载波信号的二次谐波与基带信号进行乘 法运算。第一载波信号接地电路11中的第一载波信号接地电路和高阶谐波分量回收电路， 以及第二载波信号接地电路中的高阶谐波分量的回收电路为载波电路提供地回路，同时将载 波的三阶谐波分量反射回二极管对，使其重新参加乘法运算。