CN103338006B - 基于波导双探针的亚毫米波倍频器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于波导双探针的亚毫米波倍频器，包括上腔体、下腔体和两个结构、形状相同的倍频电路，所述上腔体与下腔体具有相同的开槽结构，上腔体与下腔体闭合后形成封闭的矩形输入波导、倍频电路安装腔和矩形输出波导，所述倍频电路安装于倍频电路安装腔的上下壁面上，且沿上腔体与下腔体的接触面对称分布；所述倍频电路是微带集成电路，电路的两端各连接一个微带探针，两个微带探针分别插入输入波导与输出波导的宽边，形成波导—微带的探针结构。本发明所述基于波导双探针的亚毫米波倍频器在不改变传统亚毫米波倍频器整体结构与体积的前提下，比传统亚毫米波倍频器获得更高的功率容量和更大的输出功率。

Description

基于波导双探针的亚毫米波倍频器

技术领域

本发明涉及倍频器技术领域，具体涉及一种基于波导双探针的亚毫米波倍频器。

背景技术

波长为0.1～1毫米的电磁波称为亚毫米波,位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点。与较低频段的微波相比，它们的特点是：1、利用的频谱范围宽，信息容量大；2、易实现窄波束和高增益的天线，因而分辨率高，抗干扰性好；3、穿透等离子体的能力强；4、多普勒频移大，测速灵敏度高。亚毫米波在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学和波谱学方面都有重大的意义。

倍频器是一个二端口网络，输出信号频率是输入信号频率的整数倍，通过滤波器的选择获得需要的基波倍频频率，是一种微波信号的产生方式。当频率提高到亚毫米波段范围内时，制造具有良好的功率、稳定性和噪声特性的基频振荡器变得更加困难了。一种替代的方法是利用倍频器使较低频率的振荡器产生高次谐频，亚毫米波倍频器源就是一种有别于电子器件和固态二极管振荡器的低成本高可靠亚毫米波源。

亚毫米波倍频器作为频率源时，即要求具有一定的输出功率。由于实现固态倍频器主要是使用微波半导体器件，然而微波半导体器件有功率容量的限制，因此单个器件产生的功率无法满足频率源的要求。为了获得更高的功率容量和较大的输出功率，可采用并联结构、平衡式结构等等。本发明则通过采用功率分配/合成技术获得更高的功率容量和更大的输出功率。在不改变传统亚毫米波倍频器整体结构与体积的前提下，提出通过采用波导-微带双探针结构，获得两个亚毫米波倍频器电路，实现功率分配/合成技术。本发明提出的结构具有体积小、易于实现等特点，在亚毫米波倍频器中具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述问题，提供一种可以获得高功率容量和大功率输出的基于波导双探针的亚毫米波倍频器。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于波导双探针的亚毫米波倍频器，包括上腔体、下腔体和两个结构、形状相同的倍频电路，所述上腔体与下腔体具有相同的开槽结构，上腔体与下腔体闭合后形成封闭的矩形输入波导、倍频电路安装腔和矩形输出波导，所述倍频电路安装于倍频电路安装腔的上下壁面上，且沿上腔体与下腔体的接触面对称分布；所述倍频电路是微带集成电路，电路的两端各连接一个微带探针，两个微带探针分别插入输入波导与输出波导的宽边，形成波导—微带的探针结构。

进一步地，所述上腔体与下腔体上所设开槽的深度和宽度均相同。

进一步地，所述上腔体与下腔体上所设开槽的表面粗糙度均＜5μm。

进一步地，所述微带探针通过导电胶与屏蔽腔内壁固定连接。

进一步地，所述微带探针所用导电胶的厚度相等。

与现有技术相比，本发明所述基于波导双探针的亚毫米波倍频器通过安装于倍频电路安装腔内的两个倍频电路上的微带探针实现功率的分配与合成，在不改变传统亚毫米波倍频器整体结构与体积的前提下，比传统亚毫米波倍频器获得更高的功率容量和更大的输出功率。

本发明所述基于波导双探针的亚毫米波倍频器具有体积小、易于实现等特点，在亚毫米波倍频器中具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明基于波导双探针的亚毫米波倍频器的纵向剖视图；

图2为图1所示基于波导双探针的亚毫米波倍频器下腔体的三维结构图；

图3为本发明倍频电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、2所示，本实施例中的基于波导双探针的亚毫米波倍频器，包括上腔体1、下腔体2和两个结构、形状相同的倍频电路3、4，所述上腔体1与下腔体2具有相同的开槽结构，上腔体1与下腔体2闭合后形成封闭的矩形输入波导5、倍频电路安装腔6和矩形输出波导7，所述倍频电路3和4安装于倍频电路安装腔6的上下壁面上，且沿上腔体1与下腔体2的接触面对称分布；所述倍频电路3或4是微带集成电路，电路的两端各连接一个微带探针31、32或41、42，如图3所示，两个微带探针31、32或41、42分别插入矩形输入波导5与矩形输出波导7的宽边，形成波导—微带的探针结构。

为了保证两个倍频电路3和4沿上腔体1与下腔体2的接触面严格对称分布，本实施例中的上腔体1与下腔体上2所设开槽的深度和宽度均相同。

为了降低损耗，本实施例中上腔体1与下腔体上2所设开槽的表面粗糙度均＜5μm。

为了保证倍频电路3、4沿上腔体1与下腔体2的接触面严格对称分布，本实施例中的倍频电路3、4分别通过相等厚度的导电胶8、9固定粘接在倍频电路安装腔6的上下壁面上。本实施例中的两倍频电路3和4务必对称分布，不对称分布将导致两倍频电路之间相位的不相等，恶化电路性能。

完全对称分布的两倍频电路3和4上的微带探针31（32）和41（42）位于波导的同相位面处，由矩形波导内主模TE10模电场分布特性可知，微带探针位置处的电场除了大小相等外，方向也相同。当信号传入输入波导时，倍频电路3和4上的输入端微带探针31和41具有相同大小和方向的耦合电流，信号等功率分配至两倍频电路3和4上。信号从矩形输出波导7输出时，倍频电路3和4上的输出端微带探针32和42耦合电流也具有相同大小和方向，信号等功率合成。与传统的亚毫米波倍频器相比，本申请在同波导结构尺寸下实现较高的功率容量和较大的输出功率。

与传统单个的波导-微带E-面探针过渡类似，本实施例中的基于波导双探针的亚毫米波倍频器的结构中，沿波导纵向的波导短路面为整个网络提供电抗补偿；两倍频电路3和4间的距离决定了倍频电路安装腔6上下壁面间的距离，由于结构对称性决定了两微带探针的等功率分配和等功率合成，通过调整倍频电路3、4的结构尺寸及间距、短路面与倍频电路3、4的距离d，可以使反射系数最小。优化得到的倍频电路安装腔6上下壁面间的距离应在满足倍频电路基板安装前提下尽可能小，以减小对波导壁表面电流的影响导致波导内电场分布的破坏，并避免信号由开口向微带屏蔽腔内传播而导致信号泄露，同时开口大小也不能过小，导致上下两个倍频电路之间空间距离减小，两个倍频电路之间产生耦合。

本实施例中上下腔体1和2的材质要求具有导电率高、耐腐蚀、易加工等特点。为了保证微带探针3和4的对称分布，腔体加工是本发明中的重要工艺步骤，加工过程必须保证上、下两个腔体的严格对称性，以及腔体对称面的光滑性，确保上下腔体重合后，形成严密的波导及屏蔽腔，形成波导的内壁也必须保证平整光滑，减小波导的功率损耗。

可见，由于结构上的对称性，本发明基于波导双探针的亚毫米波倍频器具有的同相等功率分配/合成性能，与工作频率无关，因而具有宽带特性，适用性广。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于波导双探针的亚毫米波倍频器，其特征在于：包括上腔体、下腔体和两个结构、形状相同的倍频电路，所述上腔体与下腔体具有相同的开槽结构，上腔体与下腔体闭合后形成封闭的矩形输入波导、倍频电路安装腔和矩形输出波导，所述倍频电路安装于倍频电路安装腔的上下壁面上，且沿上腔体与下腔体的接触面对称分布；所述倍频电路是微带集成电路，电路的两端各连接一个微带探针，两个微带探针分别插入矩形输入波导与矩形输出波导的宽边，形成波导—微带的探针结构；完全对称分布的两倍频电路上的微带探针位于波导的同相位面处；当信号传入输入波导时，两倍频电路的输入端微带探针具有相同大小和和方向的耦合电流，信号等功率分配至两倍频电路上。

2.根据权利要求1所述的基于波导双探针的亚毫米波倍频器，其特征在于：所述上腔体与下腔体上所设开槽的深度和宽度均相同。

3.根据权利要求1或2所述的基于波导双探针的亚毫米波倍频器，其特征在于：所述上腔体与下腔体上所设开槽的表面粗糙度均为＜5μm。

4.根据权利要求1所述的基于波导双探针的亚毫米波倍频器，其特征在于：所述微带探针通过导电胶与屏蔽腔内壁固定连接。

5.根据权利要求4所述的基于波导双探针的亚毫米波倍频器，其特征在于：所述微带探针所用导电胶的厚度相等。