1.一种平衡混频器应用系统，其特征在于，包括若干巴伦、平衡混频器电路模块以及本振放大器模块；
所述巴伦包括一个第一信号端以及两个第二信号端，所述第一信号端的阻抗大于所述第二信号端的阻抗，所述第一信号端为非平衡信号端，所述第二信号端为平衡差分信号端；
所述平衡混频器电路模块包括平衡射频信号端口、平衡本振信号端口以及平衡中频信号端口；
所述巴伦的两个第二信号端连接于所述平衡射频信号端口或所述平衡中频信号端口，所述本振放大器模块连接于所述平衡本振信号端口。
2.根据权利要求1所述的平衡混频器应用系统，其特征在于，所述巴伦还包括第一电感、第二电感、第三电感以及第四电感，所述第一电感、所述第三电感以及所述第四电感依次串联连接，所述第一电感远离第三电感的端部形成所述第一信号端，所述第四电感远离所述第三电感的端部接地，所述第二电感与所述第一电感对应设置，所述第二电感的一端形成所述第二信号端且所述第二电感的另一端接地，所述第三电感与所述第四电感之间形成有一个第二信号端，所述第一电感与所述第二电感形成反接变压器，所述第三电感与所述第四电感形成自耦变压器。
3.根据权利要求2所述的平衡混频器应用系统，其特征在于，所述第二信号端与所述第一信号端的阻抗比为1：N，其中，N大于1，所述第二信号端的阻抗为所述第一信号端阻抗的。
4.根据权利要求3所述的平衡混频器应用系统，其特征在于，所述第一电感与所述第二电感的电感值比N：1，所述第三电感与所述第四电感的电感值比为1：。
5.根据权利要求2所述的平衡混频器应用系统，其特征在于，所述巴伦还包括串联于所述第一信号端与所述第一电感之间的电容。
6.根据权利要求2所述的平衡混频器应用系统，其特征在于，所述巴伦还包括第五电感，所述第五电感的一端连接于所述第一信号端与所述第一电感之间且另一端接地。
7.根据权利要求1所述的平衡混频器应用系统，其特征在于，所述平衡混频器电路模块为调制平衡混频器电路模块或解调平衡混频器电路模块。
8.根据权利要求7所述的平衡混频器应用系统，其特征在于，所述平衡混频器电路模块的工作电阻低于50欧姆。
9.根据权利要求7所述的平衡混频器应用系统，其特征在于，所述平衡混频器电路模块为单平衡、双平衡或三平衡混频器，所述平衡混频器电路模块由二极管组成或所述平衡混频器电路模块由场效应管组成。
10.根据权利要求1所述的平衡混频器应用系统，其特征在于，所述本振放大器模块包括差分放大器和配对巴伦，所述配对巴伦具有第三信号端和第四信号端，所述第三信号端为非平衡信号端，所述第四信号端为平衡差分信号端，所述第四信号端连接于所述差分放大器的输入端，所述差分放大器的输出端连接于所述平衡本振信号端口。

技术领域
[0001]本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种平衡混频器应用系统。
背景技术
[0002]平衡混频器是一种常用于射频和微波领域的电路。它采用平衡结构，将输入信号分配到两个相位相反的分支上进行混频操作，能够有效地抑制杂散谐波的产生，提高共模抑制比，具有良好的抗干扰能力和较大的输入输出动态范围。这使得它在无线通信系统、雷达系统、卫星通信等射频和微波电路中得到广泛应用。
[0003]现有的混频器系统通常不涉及阻抗变换。在相同电平驱动的情况下，高阻抗值意味着不能提供更高的输出功率；同时在相同功率信号驱动的条件下，更高的阻抗值意味着需要更大的电平，会降低混频器系统的线性度，并对本振放大器模块有更高的增益要求。
[0004]同时现有的巴伦结构一般在实现1:1的整数阻抗比之外，拓扑结构很复杂，或受到带宽的限制。
发明内容
[0005]本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种平衡混频器应用系统，使得混频器可以工作在低输入和输出阻抗状态下，具有更高的输出功率和线性度，降低功耗、减小混频器所需的本振信号电压幅值从而减小集成本振放大器模块的增益要求和电路面积。
本发明提供一种平衡混频器应用系统，包括若干巴伦、平衡混频器电路模块以及本振放大器模块；
所述巴伦包括一个第一信号端以及两个第二信号端，所述第一信号端的阻抗大于所述第二信号端的阻抗，所述第一信号端为非平衡信号端，所述第二信号端为平衡差分信号端；
所述平衡混频器电路模块包括平衡射频信号端口、平衡本振信号端口以及平衡中频信号端口；
[0006]所述巴伦的两个第二信号端连接于所述平衡射频信号端口或所述平衡中频信号端口，所述本振放大器模块连接于所述平衡本振信号端口。
[0007]本发明平衡混频器应用系统的进一步改进在于，所述巴伦还包括第一电感、第二电感、第三电感以及第四电感，所述第一电感、所述第三电感以及所述第四电感依次串联连接，所述第一电感远离第三电感的端部形成所述第一信号端，所述第四电感远离所述第三电感的端部接地，所述第二电感与所述第一电感对应设置，所述第二电感的一端形成所述第二信号端且所述第二电感的另一端接地，所述第三电感与所述第四电感之间形成有一个第二信号端，所述第一电感与所述第二电感形成反接变压器，所述第三电感与所述第四电感形成自耦变压器。
[0008]本发明平衡混频器应用系统的进一步改进在于，所述第二信号端与所述第一信号端的阻抗比为1：N，其中，N大于1，所述第二信号端的阻抗为所述第一信号端阻抗的。
[0009]本发明平衡混频器应用系统的进一步改进在于，所述第一电感与所述第二电感的电感值比N：1，所述第三电感与所述第四电感的电感值比为1：。
[0010]本发明平衡混频器应用系统的进一步改进在于，所述巴伦还包括串联于所述第一信号端与所述第一电感之间的电容。
[0011]本发明平衡混频器应用系统的进一步改进在于，所述巴伦还包括第五电感，所述第五电感的一端连接于所述第一信号端与所述第一电感之间且另一端接地。
[0012]本发明平衡混频器应用系统的进一步改进在于，所述平衡混频器电路模块为调制平衡混频器电路模块或解调平衡混频器电路模块。
[0013]本发明平衡混频器应用系统的进一步改进在于，所述平衡混频器电路模块的工作电阻低于50欧姆。
[0014]本发明平衡混频器应用系统的进一步改进在于，所述平衡混频器电路模块为单平衡、双平衡或三平衡混频器，所述平衡混频器电路模块由二极管组成或所述平衡混频器电路模块由场效应管组成。
[0015]本发明平衡混频器应用系统的进一步改进在于，所述本振放大器模块包括差分放大器和配对巴伦，所述配对巴伦具有第三信号端和第四信号端，所述第三信号端为非平衡信号端，所述第四信号端为平衡差分信号端，所述第四信号端连接于所述差分放大器的输入端，所述差分放大器的输出端连接于所述平衡本振信号端口。
[0016]本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
1、采用变阻抗宽带巴伦拓扑结构，其结构简单、尺寸小，可以在非常宽的带宽内实现出色的振幅和相位平衡，具有较好的共模抑制效果。
[0017]2、采用变阻抗宽带巴伦实现混频器在低阻抗状态下工作，减小本振放大器模块的增益要求。
[0018]3、能够使得平衡混频器在低阻的工作状态下拥有更高的输出功率和线性度。
[0019]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。
[0021]图1是本发明平衡混频器应用系统的结构示意图。
[0022]图2是本发明平衡混频器应用系统中巴伦的示例图一。
[0023]图3是本发明平衡混频器应用系统中巴伦的示例图二。
[0024]图4是本发明平衡混频器应用系统中巴伦的示例图三。
[0025]图5是本发明平衡混频器应用系统中基于NMOS管的平衡混频器电路模块的示例图。
[0026]图6是本发明平衡混频器应用系统中基于CMOS管的平衡混频器电路模块的示例图。
[0027]图7是本发明平衡混频器应用系统的实施例一的结构示意图。
[0028]图8是本发明平衡混频器应用系统的实施例二的结构示意图。
[0029]图9是本发明平衡混频器应用系统中基于巴伦与二极管混频器的三平衡混频器应用系统的结构示意图。
具体实施方式
[0030]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
下面结合图1描述本发明的平衡混频器应用系统，包括若干巴伦、平衡混频器电路模块以及本振放大器模块；
巴伦包括一个第一信号端以及两个第二信号端，第一信号端的阻抗大于第二信号端的阻抗，第一信号端为非平衡信号端，第二信号端为平衡差分信号端；
平衡混频器电路模块包括平衡射频信号端口、平衡本振信号端口以及平衡中频信号端口；
[0031]所述巴伦的两个第二信号端连接于所述平衡射频信号端口或所述平衡中频信号端口，所述本振放大器模块连接于所述平衡本振信号端口。
[0032]本发明平衡混频器应用系统的一种较佳实施案例中，如图2所示，巴伦还包括第一电感、第二电感、第三电感以及第四电感，第一电感、第三电感以及第四电感依次串联连接，第一电感远离第三电感的端部形成第一信号端，第四电感远离第三电感的端部接地，第二电感与第一电感对应设置，第二电感的一端形成第二信号端且第二电感的另一端接地，第三电感与第四电感之间形成有一个第二信号端。
[0033]具体地，第一电感与第二电感形成反接变压器，第三电感与第四电感形成自耦变压器。
[0034]如图2所示，巴伦包括第一信号端P1、两个第二信号端P2和P3，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3以及第四电感L4，其中，第一电感L1为第一初级线圈，第二电感L2为第一次级线圈，第三电感L3为第二初级线圈，第四电感L4为第二次级线圈，第一初级线圈与第一次级线圈形成反接变压器，第二初级线圈与第二次级线圈形成自耦变压器，第一初级线圈与第一次级线圈之间的耦合系数为k1，第二初级线圈与第二次级线圈之间的耦合系数为k2。
[0035]具体地，第二信号端与第一信号端的阻抗比为1：N，其中，N大于1，N可以为整数或分数，第二信号端的阻抗为第一信号端阻抗的，利用耦合变压器和自耦合变压器来实现端口之间的阻抗变换。
[0036]具体地，当第一电感L1与第二电感L2的电感值比N：1，第三电感L3与第四电感L4的电感值比为1：，P2和P3各自得到P1输入功率的一半。
[0037]需要说明的是，N可以是大于1的任意数值，本发明对N的取值并不做具体限定。
[0038]进一步地，如图3所示，根据实际的阻抗匹配需要，巴伦还包括串联于第一信号端P1与第一电感L1之间的电容C1，可以改善巴伦的输入阻抗以进一步拓宽平衡混频器应用系统的带宽。
[0039]进一步地，如图4所示，根据实际的阻抗匹配需要，巴伦还包括第五电感L5，第五电感L5的一端连接于第一信号端P1与第一电感L1之间且另一端接地，可以改善巴伦的输入阻抗以进一步拓宽平衡混频器应用系统的带宽。
[0040]进一步地，如图5、图6和图9所示，平衡混频器电路模块为调制平衡混频器电路模块或解调平衡混频器电路模块，平衡混频器电路模块可以为基于NMOS管或CMOS管的环形无源混频器。
[0041]进一步地，平衡混频器电路模块的工作电阻低于50欧姆，即工作在低阻工作状态。
[0042]进一步地，平衡混频器电路模块为单平衡、双平衡或三平衡混频器，平衡混频器电路模块由二极管组成或平衡混频器电路模块由场效应管组成。
[0043]在一种具体实施例中，如图9所示，图9是巴伦与二极管混频器的三平衡下变频平衡混频器电路模块，包括根据低阻工作环境需要在二极管混频器射频和中频端口设置的变阻抗的巴伦，分别实现高阻到低阻与低阻到高阻的阻抗变换，其中平衡混频器电路模块包括二极管（D1、D2、D3、D4），其中本振放大器模块包括差分放大器与配对巴伦，该配对巴伦可以选用如图2、图3或图4中的任意一种，也可以选用现有结构的巴伦。
[0044]具体地，如图5所示，基于NMOS管的平衡混频器电路模块的示例图，包括输入端口（LO-、LO+、RF-、RF+）、平衡中频信号端口（IF-、IF+）以及四个栅极（M1、M2、M3、M4），输入端口LO-作用于NMOS管M1、M4的栅极，LO+作用于NMOS管M2和M3的栅极，差分的本振信号LO-和LO+依次打开成对的NMOS管M1、M4和M2、M3。如果LO端口的本振信号很大，则NMOS管M1、M2、M3和M4分别具有周期性变化的跨导，时变跨导的重复频率即为本振信号频率，将时变跨导进行傅里叶级数展开，其基波分量与差分的射频电压信号RF-和RF+相乘则得到中频电流信号。
[0045]具体地，如图6所示，基于CMOS管的平衡混频器电路模块的示例图，包括输入端口（LO-、LO+、RF-、RF+）、平衡中频信号端口（IF-、IF+）以及四个栅极（M1、M2、M3、M4），其中，CMOS管包括PMOS管和NMOS管，LO+作用于PMOS管M1和NMOS管M3的栅极，LO-作用于PMOS管M2和NMOS管M3的栅极，M1、M3管和M2、M4管在差分的本振信号LO-和LO+作用下分别处于推挽工作状态。如果LO端口的本振信号很大，则M1、M2、M3和M4分别具有周期性变化的跨导，时变跨导的重复频率即为本振频率。将时变跨导进行傅里叶级数展开，其基波分量与差分的射频电压信号RF-和RF+相乘则得到中频电流信号。
[0046]进一步地，本振放大器模块包括差分放大器和配对巴伦，配对巴伦具有第三信号端和第四信号端，第三信号端为非平衡信号端，第四信号端为平衡差分信号端，第四信号端连接于差分放大器的输入端，差分放大器的输出端连接于所述平衡本振信号端口。
[0047]较佳地，该配对巴伦可以选用如图2、图3或图4中任意一种巴伦，也可以是其他结构形式的巴伦，本发明对该配对巴伦的结构形式不做具体限制，在本发明的一种具体实施例中，如图7所示，当所要求的阻抗转换比为1:2，平衡混频器应用系统用作下变频器使用时，巴伦选用图2中的巴伦，巴伦可以实现两倍的输入阻抗到一倍的输出阻抗之间的阻抗变换，将不平衡信号转化为相位差180°的两个平衡信号，第一电感L1与第二电感L2的阻抗比为2:1，第三电感L3与第四电感L4的阻抗比为1：，平衡混频器电路模块可以选用图4中平衡混频器电路模块，将本振信号与射频信号进行混频并将中频信号输出，配对巴伦选用图2中的巴伦，本振放大器模块用以减少所需的LO输入驱动功率电平，平衡混频器应用系统包括LO和RF输入端口以及一个IF平衡中频信号端口，从LO端口进入的本振信号通过巴伦产生两个差分的本振信号，阻抗分别为原来的四分之一，再通过差分放大器分别作用在混频器中M1、M4和M2、M3的栅极，使之分别具有同本振信号频率的时变跨导，从RF端口进入的射频信号通过巴伦产生两个差分的射频信号，阻抗分别为原来的四分之一，差分的低阻射频信号与本振信号控制的时变跨导分别相乘产生两个差分的低阻中频信号，差分的低阻中频信号分别连接与平衡中频信号端口IF相连的巴伦的第二信号端，并从平衡中频信号端口IF输出与原来阻抗值相同的中频信号（阻抗值通常为50欧姆）。
[0048]在本发明的另一种具体实施例中，如图8所示，当所要求的阻抗转换比为4:1，平衡混频器应用系统用作下变频器使用时，巴伦选用图2中的巴伦，巴伦可以实现四倍的输入阻抗到一倍的输出阻抗之间的阻抗变换，将不平衡信号转化为相位差180°的两个平衡信号。第一电感L1和第二电感L2阻抗比为4:1，第三电感L3和第四电感L4阻抗比为1:1，平衡混频器电路模块可以选用图5中平衡混频器电路模块，将本振信号与射频信号进行混频并将中频信号输出，配对巴伦选用图2中的巴伦，本振放大器模块用以减少所需的LO输入驱动功率电平，平衡混频器应用系统包括LO和RF输入端口以及一个IF平衡中频信号端口，从LO端口进入的本振信号通过巴伦产生两个差分的本振信号，阻抗分别为原来的八分之一，再通过差分放大器分别作用在混频器中两对CMOS管M1、M3和M2、M4的栅极，使之分别具有同本振信号频率的时变跨导；从RF端口进入的射频信号通过巴伦产生两个差分的射频信号，阻抗分别为原来的八分之一；差分的低阻射频信号与本振信号控制的时变跨导分别相乘产生两个差分的低阻中频信号；差分的低阻中频信号分别连接与平衡中频信号端口IF相连的巴伦的第二信号端，并从平衡中频信号端口IF输出与原来阻抗值相同的中频信号（阻抗值通常为50欧姆）。
[0049]本发明实施例中采用变阻抗宽带巴伦拓扑结构，其结构简单、尺寸小，可以在非常宽的带宽内实现出色的振幅和相位平衡，具有较好的共模抑制效果；采用变阻抗宽带巴伦实现混频器在低阻抗状态下工作，减小本振放大器模块的增益要求；能够使得平衡混频器在低阻的工作状态下拥有更高的输出功率和线性度。
[0050]最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。