太赫茲偶次固態(tài)倍頻器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型是關(guān)于能夠被應(yīng)用于物體成像、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療診斷、射電天文、寬帶移動(dòng)通訊、安全檢查、反恐探測(cè)、臨近空間通信/衛(wèi)星通信和雷達(dá)探測(cè)等與國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展密切相關(guān)領(lǐng)域的一種太赫茲頻段的偶次固態(tài)倍頻器。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲波(THz) —般是指頻率在0.1-1OTHz范圍內(nèi)的電磁波，介于毫米波與紅外光之間相當(dāng)寬范圍的電磁輻射區(qū)域。太赫茲頻段倍頻器和混頻器是太赫茲系統(tǒng)收發(fā)前端的關(guān)鍵電路，它們的性能決定了太赫茲系統(tǒng)的性能。由于太赫茲波所處的特殊電磁波譜的位置，它有很多優(yōu)越的特性，有非常重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值，使其得到了世界各國極大的關(guān)注。當(dāng)前，無線通信正面臨有限頻譜資源和迅速增長的高速業(yè)務(wù)需求的矛盾。太赫茲頻段資源豐富，所處的頻段位置正好處于科學(xué)技術(shù)發(fā)展相對(duì)較好的微波毫米波與紅外線光學(xué)之間，形成一個(gè)相對(duì)落后的“空白”，具有通信容量大、系統(tǒng)體積小、保密性好等優(yōu)點(diǎn)。太赫茲通信技術(shù)除了能滿足地面短距離大容量通信需求外，還能用于空間通信、信號(hào)探測(cè)等方面，發(fā)展THz通信技術(shù)具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。因此，開展太赫茲通信技術(shù)研究十分迫切，急需發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的太赫茲通信技術(shù)，為太赫茲頻段的資源開發(fā)和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
[0003]在太赫茲波通信技術(shù)應(yīng)用中，高質(zhì)量以及穩(wěn)定可靠的太赫茲源起著至關(guān)重要的作用，它性能的優(yōu)劣關(guān)系到整個(gè)太赫茲系統(tǒng)固態(tài)前端工作性能的好壞。而目前獲得太赫茲信號(hào)源的方式主要有:一是利用雪崩管、耿氏管、返波管振蕩器等器件直接震蕩產(chǎn)生連續(xù)波輸出功率，二是利用倍頻方式以獲得更高頻率信號(hào)。前一種方法可以獲得極大的輸出功率，但是體積龐大、壽命短、性能不穩(wěn)定，并且需要很高的供電電壓等缺的都限制了其應(yīng)用。而后一種方法由于它的輸出頻率可以在輸入頻率的N次諧波上選取，因而所需的輸入信號(hào)源可以選擇在技術(shù)比較成熟的頻段制作，從而為保證所需的頻率穩(wěn)定度和相噪特性提供了條件。
[0004]目前由于缺乏穩(wěn)定、可靠的太赫茲信號(hào)源，太赫茲技術(shù)的發(fā)展受到很大的限制，因此研究和開發(fā)高性能的新型太赫茲倍頻器具有非常積極和重要的意義。就國內(nèi)目前太赫茲技術(shù)的研究情況而言，缺少具有高功率、造價(jià)低和便攜式的倍頻器來獲得太赫茲信號(hào)源是限制太赫茲波技術(shù)應(yīng)用的最主要因素。因此，研制功率高、造價(jià)低的太赫茲波倍頻器對(duì)太赫茲波技術(shù)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。而當(dāng)前世界各國均在強(qiáng)力開展太赫茲頻段的研究和開發(fā)，搶占太赫茲頻段的通信資源。在應(yīng)用需求的牽引下，國外已有多個(gè)課題組開展了采用毫米波固態(tài)電路倍頻實(shí)現(xiàn)THz源的研究。這種技術(shù)主要是利用頻率較低的微波、毫米波振蕩器，再采用利用肖特基二極管倍頻的方法得到THz源，這也是目前國內(nèi)外獲得太赫茲源的主要方法。當(dāng)前國內(nèi)主要是研究太赫茲二次固態(tài)倍頻器和三次固態(tài)倍頻器，而對(duì)高次固態(tài)倍頻器則缺乏關(guān)注，這就造成隨著太赫茲頻段的提升，所需要的本振頻率越來越高，對(duì)本振輸入的要求也越來越高，從而造成成本的大幅度提升。太赫茲高效偶次固態(tài)倍頻器技術(shù)的研究有助于降低對(duì)本振輸入的要求，有效減小成本，從而滿足日益增長的太赫茲頻段需求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)缺乏高效穩(wěn)定的太赫茲偶次諧波頻率信號(hào)源的問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，工作頻帶寬，高效穩(wěn)定的太赫茲偶次固態(tài)倍頻器。
[0006]本實(shí)用新型的上述目的可以通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)，一種太赫茲偶次固態(tài)倍頻器，包括標(biāo)準(zhǔn)輸入矩形波導(dǎo)1、肖特基二極管3、直流饋電低通濾波器5，其特征在于:外部射頻信號(hào)通過標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)I經(jīng)減寬波導(dǎo)2進(jìn)入肖特基二極管3，肖特基二極管對(duì)輸入基波進(jìn)行變頻，產(chǎn)生偶次諧波，再經(jīng)太赫茲帶通濾波器4對(duì)所需要的偶次諧波分量之外的雜波進(jìn)行過濾，將所產(chǎn)生的偶次諧波頻率信號(hào)通過標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)6輸出。
[0007]本實(shí)用新型相比于其它太赫茲固態(tài)倍頻器結(jié)構(gòu)具有如下有益效果:
[0008]對(duì)本振輸入頻率信號(hào)的要求低。本實(shí)用新型采用了偶次倍頻的方式來產(chǎn)生高次諧波頻率分量，相比于其它太赫茲低次固態(tài)倍頻器結(jié)構(gòu)形式，所需要的本振輸入信號(hào)的頻率要求更低，也更容易實(shí)現(xiàn)。
[0009]結(jié)構(gòu)更為簡單、可靠，效率更高，更穩(wěn)定。本實(shí)用新型采用了平衡式結(jié)構(gòu)形式，能有效的消除奇數(shù)次諧波，輸出偶此諧波。在二極管輸出端通過增加太赫茲帶通濾波器，可以有效的對(duì)基波或者低次諧波分量進(jìn)行過濾，同時(shí)通過輸出波導(dǎo)的阻抗匹配，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的功率輸出，這是現(xiàn)有的太赫茲導(dǎo)波結(jié)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)的。并且如果需要采用二次倍頻的方式來產(chǎn)生頻率信號(hào)，可以將太赫茲帶通濾波器去掉，就可以很好的產(chǎn)生二次諧波分量。本實(shí)用新型解決了工程應(yīng)用中高效、穩(wěn)定的太赫茲信號(hào)源實(shí)現(xiàn)的難題。
[0010]本實(shí)用新型通過調(diào)整太赫茲帶通濾波器4到肖特基二極管3的距離，可以改善濾波器輸出所需偶次諧波頻率分量的功率，進(jìn)一步抑制雜諧波頻率分量的輸出。
[0011]本實(shí)用新型采用低本振頻率輸入，實(shí)現(xiàn)偶次諧波頻率分量輸出，具有高效率、穩(wěn)定的特點(diǎn)，從而提升太赫茲信號(hào)的發(fā)射與接收的效率。
[0012]實(shí)用新型特別適用于實(shí)現(xiàn)0.1THz?0.5THz太赫茲頻段的射頻信號(hào)輸出。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型太赫茲頻段的偶次固態(tài)倍頻器的結(jié)構(gòu)分解示意圖。
[0014]圖中:1標(biāo)準(zhǔn)輸入矩形波導(dǎo)，2減寬波導(dǎo)，3肖特基二極管，4太赫茲帶通濾波器，5直流饋電低通濾波器，6輸出標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]參閱圖1。在以下描述的實(shí)施例中，太赫茲偶次固態(tài)倍頻器包括:標(biāo)準(zhǔn)輸入矩形波導(dǎo)1、減寬波導(dǎo)2、肖特基二極管3、太赫茲帶通濾波器4、直流饋電低通濾波器5、輸出標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)6，其中，標(biāo)準(zhǔn)輸入矩形波導(dǎo)I前端相連減寬波導(dǎo)2，肖特基二極管3通過減寬波導(dǎo)2腔體相連太赫茲帶通濾波器4和直流饋電低通濾波器5，輸出標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)6垂直通過減寬波導(dǎo)2腔體，固聯(lián)在太赫茲帶通濾波器4與直流饋電低通濾波器5之間。肖特基二極管3焊接在減寬波導(dǎo)2腔體中心的電路基板上。肖特基二極管兩端管腳焊接在減寬波導(dǎo)壁上構(gòu)成接地。肖特基二極管3為多管反向串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式。輸入信號(hào)以TE1。模直接耦合到肖特基二極管對(duì)，通過減小腔體的寬度，使所形成的減寬波導(dǎo)具有高通濾波器的特性，從而抑制輸入的基波頻率信號(hào)繼續(xù)傳播。當(dāng)基波信號(hào)到達(dá)減寬波導(dǎo)的短路面時(shí)被反射回來，重新耦合到肖特基二極管對(duì)上。肖特基二極管的位置處于減寬波導(dǎo)的中間部位，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體的輸入基波頻率，通過仿真從而確定肖特基二極管處于減寬波導(dǎo)中的最終位置。
[0016]外部射頻信號(hào)通過標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)I進(jìn)行輸入，通過減寬波導(dǎo)2進(jìn)入肖特基二極管3，肖特基二極管對(duì)輸入基波進(jìn)行變頻，產(chǎn)生偶次諧波，然后進(jìn)入太赫茲帶通濾波器4，對(duì)所需要的偶次諧波分量之外的雜波進(jìn)行過濾；外部直流電源DC通過直流饋電低通濾波器5對(duì)肖特基二極管3進(jìn)行饋電激勵(lì)，提升肖特基二極管的工作效率。所產(chǎn)生的偶次諧波頻率信號(hào)最后通過標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)6輸出。調(diào)整減寬波導(dǎo)2短路面到肖特基二極管3的距離，以及肖特基二極管3到標(biāo)準(zhǔn)輸入波導(dǎo)口的距離，從而調(diào)整輸入端口的反射系數(shù)，改善駐波。
[0017]具體實(shí)施可采用以下步驟:
[0018](1)、根據(jù)太赫茲電路頻段要求，確定輸入矩形波導(dǎo)的尺寸，選擇合適的介質(zhì)基片寬帶，從而可以確定減寬波導(dǎo)的寬度，利用微波電路計(jì)算機(jī)輔助軟件，對(duì)太赫茲帶通濾波器到肖特基二極管的距離以及減寬波導(dǎo)的長度設(shè)定所需的傳輸特性設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì)程序，從而確定輸入各單元的參數(shù)。
[0019](2)、對(duì)輸出部分，包括直流饋電低通濾波器、輸出標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)，進(jìn)行匹配優(yōu)化。利用微波電路計(jì)算機(jī)輔助軟件，對(duì)濾波器到輸出波導(dǎo)的距離以及中間微帶傳輸線的尺寸設(shè)定所需的傳輸特性設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì)程序，從而確定輸入各單元的參數(shù)。
[0020](3)、將輸入部分和輸出部分進(jìn)行聯(lián)合仿真，確定最后太赫茲頻段固態(tài)倍頻器的結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種太赫茲偶次固態(tài)倍頻器，包括標(biāo)準(zhǔn)輸入矩形波導(dǎo)(I)、肖特基二極管(3)、直流饋電低通濾波器(5)，其特征在于:外部射頻信號(hào)通過標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)(I)經(jīng)減寬波導(dǎo)(2)進(jìn)入肖特基二極管(3)，肖特基二極管對(duì)輸入基波進(jìn)行變頻，產(chǎn)生偶次諧波，再經(jīng)太赫茲帶通濾波器(4)對(duì)所需要的偶次諧波分量之外的雜波進(jìn)行過濾，將所產(chǎn)生的偶次諧波頻率信號(hào)通過標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)(6 )輸出。2.如權(quán)利要求1所述的太赫茲偶次固態(tài)倍頻器，其特征在于:通過調(diào)整減寬波導(dǎo)(2)波導(dǎo)短路面到肖特基二極管(3)的距離以及肖特基二極管(3)到標(biāo)準(zhǔn)輸入波導(dǎo)口的距離，從而調(diào)整輸入端口的反射系數(shù)，改善駐波。3.如權(quán)利要求1所述的太赫茲偶次固態(tài)倍頻器，其特征在于:標(biāo)準(zhǔn)輸入矩形波導(dǎo)(I)前端相連減寬波導(dǎo)(2)，肖特基二極管(3)通過減寬波導(dǎo)(2)腔體相連太赫茲帶通濾波器(4)和直流饋電低通濾波器(5)，輸出標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)(6)垂直通過減寬波導(dǎo)(2)腔體，固聯(lián)在太赫茲帶通濾波器(4)與直流饋電低通濾波器(5)之間。4.如權(quán)利要求1所述的太赫茲偶次固態(tài)倍頻器，其特征在于:肖特基二極管(3)焊接在減寬波導(dǎo)(2)腔體中心的電路基板上。5.如權(quán)利要求1所述的太赫茲偶次固態(tài)倍頻器，其特征在于:肖特基二極管兩端管腳焊接在減寬波導(dǎo)壁上構(gòu)成接地。6.如權(quán)利要求1所述的太赫茲偶次固態(tài)倍頻器，其特征在于:肖特基二極管(3)為多管反向串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的二極管對(duì)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開的一種太赫茲偶次固態(tài)倍頻器，旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡單，效率高，能夠有效提供太赫茲信號(hào)的倍頻器。本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：外部射頻信號(hào)通過標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)（1）進(jìn)行輸入，通過減寬波導(dǎo)（2）進(jìn)入肖特基二極管（3）。肖特基二極管對(duì)輸入基波進(jìn)行變頻，產(chǎn)生偶次諧波，然后進(jìn)入太赫茲帶通濾波器（4），對(duì)雜波進(jìn)行過濾，僅通過需要的偶次諧波分量。外部通過直流饋電低通濾波器（5）對(duì)肖特基二極管（3）進(jìn)行饋電激勵(lì)，提升肖特基二極管的工作效率。所產(chǎn)生的偶次諧波頻率信號(hào)最后通過標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)（6）輸出。本實(shí)用新型解決了工程應(yīng)用中高效、穩(wěn)定的太赫茲信號(hào)源實(shí)現(xiàn)的難題。
【IPC分類】H03B19/14
【公開號(hào)】CN204948027
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520705550
【發(fā)明人】王志輝, 李凱, 黃建
【申請(qǐng)人】中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所
【公開日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年9月13日