[0002] 随着无线通信系统的不断发展，高速无线通信技术对频谱资源的需求日益提高。毫米波由于波长短，频带宽，传输速率高等特点在高速通信、毫米波成像、雷达、亚太赫兹探测器，以及生物医学等方面还有广泛的应用场景。
[0003] 在毫米波通信系统中，频率源作为收发机不可或缺的一部分，起着至关重要的作用。低频频率源通常直接由振荡器获得，但在毫米波频段，传统方法获得的频率源往往频率稳定度和相位噪声达不到要求。目前常用的方法是通过倍频器将低频频率源倍频到高频段，同时也可以提高频率源在输出功率，带宽等方面的性能，以满足毫米波通信要求。
[0004] 常用的毫米波倍频结构有单端倍频器，push‑push倍频器等。单管倍频器结构简单，在功耗，电路尺寸方面具有优势；但单管倍频器往往难以实现高的谐波抑制和带宽，输出功率较低，应用受到了限制。实用新型内容
[0005] 为了克服上述技术中存在的问题，本实用新型提供了一种高转换增益毫米波四倍频器。提高单端倍频器的转换增益、输出功率、工作带宽和谐波抑制等关键性能，提高单端倍频器的实用性。提出一种匹配滤波结构，有效提高了单端倍频器的谐波抑制以及工作带宽；倍频输出端级联了一个高增益的驱动放大器，大大提高了毫米波四倍频器的转换增益和输出功率。
[0006] 技术方案为包括依次连接的输入匹配网络、第一倍频单元、第一级间匹配网络、第二倍频单元、第二级间匹配网络、缓冲放大单元和匹配网络，其中，
[0007] 所述输入匹配网络将第一倍频单元的输入阻抗匹配到50欧姆，同时提供带外抑制，滤除掉输入端的杂音信号；
[0008] 所述第一倍频单元产生输入信号的各次谐波信号，并提供增益；
[0009] 所述第一级间匹配网络滤除第一倍频单元输出的基波及三次谐波，同时将第一倍频单元的输出阻抗匹配到第二倍频单元的输入阻抗，第一级间匹配网络中一部分匹配元件组成第一倍频单元的漏极偏置电路；
[0010] 所述第二倍频单元产生自身栅端输入信号的各次谐波信号，并提供增益；
[0011] 所述第二级间匹配网络滤除第二倍频单元输出的二次谐波及六次谐波，同时将第二倍频单元的输出阻抗匹配到缓冲放大单元的输入阻抗，第二级间匹配网络的一部分匹配元件组成第二倍频单元的漏极偏置电路；
[0012] 所述缓冲放大单元用于给第二倍频单元输出的四次谐波提供增益，提高整个毫米波四倍频器的输出功率，同时改善四倍频器的增益平坦度；
[0013] 所述输出匹配网络将缓冲放大单元的输出阻抗匹配到50欧姆，同时对八次谐波进行抑制。
[0014] 优选地，所述输入匹配网络包括电感L1、电容C1、C2以及电感L2，其中，电感L1正端口跟输入信号线相连，负端口接地；电容C1正端口与电感L1正端口相连，负端口接地；电感L1，C1构成并联谐振；电容C2的两个端口分别与电感L1、L2的正端口相连；电感L2负端口接地；隔直电容Cd1正端口电感L2正端口相连，负端口与晶体管M1栅极相连。
[0015] 优选地，所述第一倍频单元包括晶体管M1，晶体管M1采用GaAs PHEMT，栅宽为25um，叉指数量为2，漏极偏置作为第一级间匹配网络的一部分参与匹配，工作状态为C类，即导通角小于半个周期。
[0016] 优选地，所述第一级间匹配网络、包括电感L3、L4、L5、L6，以及电容C3和C4，其中，电感L3正负端口分别与晶体管M1漏极和电感L4正端口相连，电感L4负端口与电容C3正端口相连，电容C3负端口接地，电感L4与电容C3构成串联谐振，且谐振在输入信号频率f；电感L5正端口与电感L4正端口相连，负端口与电容C4正端口相连，电容C4的负端口接地，电感L5与电容C4构成串联谐振，且谐振在频率3f；电感L4、电容C3构成的串联支路与电感L5、电容C4构成的串联支路在2f构成并联谐振；电感L6正端口与电感L4正端口相连，负端口连接隔直电容Cd2的正端口，Cd2的负端口连接晶体管M2的栅极。
[0017] 优选地，所述第二倍频单元包括晶体管M2，晶体管M2采用GaAs PHEMT，栅宽为25um，叉指数量为2，漏极偏置作为第二级间匹配网络的一部分参与匹配，工作状态为C类，即导通角小于半个周期。
[0018] 优选地，第二级间匹配网络包括电感L7、L8、L9、L10，以及电容C5，C6，其中，电感L7正负端口分别与晶体管M2漏极和电感L8正端口相连，电感L8负端口与电容C5正端口相连，电容C5负端口接地；电感L8与电容C5构成串联谐振，且谐振频率为2f；电感L9的正端口与电感L8正端口相连，负端口与电容C6正端口相连，电容C6负端口接地，电感L9与电容C6构成串联谐振，且谐振频率为6f；电感L8、电容C5构成的串联支路与电感L9、电容C6构成的串联支路在频率4f构成并联谐振；电感L10正端口与电感L8正端口相连，负端口连接隔直电容Cd3的正端口，Cd3的负端口连接晶体管M3的栅极。
[0019] 优选地，所述缓冲放大单元包括晶体管M3，晶体管M3采用GaAs PHEMT，栅宽为50um，叉指数量为2，采用共源放大结构；缓冲放大单元还包括晶体管M3栅漏极之间跨接的一个由电感L11、隔直电容Cd4、电阻R1组成的反馈支路，提高缓冲放大单元的稳定性和带宽；漏极偏置作为第二级间匹配网络的一部分参与匹配，工作状态为AB类，即导通角大于半个周期小于一个周期。
[0020] 优选地，所述输出匹配电路包括电感L12、L13、L14，电容C7、C8，其中，电感L12正端口与晶体管M3漏极相连，负端口与电感L13正端口相连，L13负端口与电容C7正端口相连，电容C7的负端口接地；电感L15与电容C7构成串联谐振，且谐振在频率8f；电感L14正端口与电感L13的正端口相连，负端口与电容C8的正端口相连，电容C8的负端口接地，隔直电容Cd5的正端口与电感L13的正端口相连，负端口连接四倍频器的输出端。
[0021] 本实用新型的有益效果至少包括：
[0022] (1)本实用新型的毫米波四倍频器，实现了毫米波频段的四次倍频，对于所需的毫米波频率源，降低了本振输入信号的频率，提高了频率源的稳定性；
[0023] (2)本实用新型的毫米波四倍频器，通过新型的匹配滤波结构，有效抑制了除所需频率外的各次谐波，同时提高了输出信号的带宽。相对于现有技术，本实用新型使用单端结构实现了较高的谐波抑制和输出带宽，节省了电路面积和功耗，有利于降低成本；
[0024] (3)本实用新型的毫米波四倍频器实现了较高的转换增益，提高了倍频器的输出功率和效率，可以满足一些高功率本振源的需求。
