CN104600403B - 基于共面波导传输线的太赫兹三倍频器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于共面波导传输线的太赫兹三倍频器，包括三个波导，分别是基波输入波导、输出波导、主体波导，设置主体波导内的介质基板，介质基板上采用共面波导传输线以集成的方式设置的电气结构，这些电气结构从左到右分别为：直流偏置低通滤波器、输入匹配传输线、基波低通滤波器、基波匹配传输线、三次谐波匹配传输线、三级匹配传输线、四级匹配传输线、输出匹配传输线，利用共面波导接地传输线作为接地线。采用共面波导传输线代替传统的微带线和悬置微带线来设计三倍频器的外围无源电路，在电路内直接与腔体壁连接实现射频地和直流回路，基波输入双工器的方式将直流偏置和其他电路同时设计，减少后续的装配步骤，使电路结构易于加工和装配。

Description

基于共面波导传输线的太赫兹三倍频器

技术领域

本发明涉及太赫兹技术领域，具体是指基于共面波导传输线的太赫兹三倍频器。

背景技术

太赫兹倍频器作为太赫兹接收机端混频器的本振源或发射机的辐射源，已成为太赫兹前端系统的关键器件。随着太赫兹技术的快速发展，对太赫兹倍频器的性能要求也越来越高。在现有的技术中W波段频率源的制作和性能已比较稳定，但随着频率的升高频率源的制作和稳定性是难以解决的问题，且高频频率源的制作成本很高，因此现存的太赫兹高频频段的频率源是采用一级或多级倍频单元由W波段倍频得到的。在太赫兹接收机和发射机系统中，倍频器是作为频率源提供功率来驱动整个系统的，其性能的好坏和制作的成本将直接影响太赫兹系统的发展。在现有技术中，太赫兹三倍频器的直流偏置和倍频二极管都是通过在介质基板边缘引出对称的金属薄板的方式来接地，且直流偏置单独在一个基板上设计并用跳金丝的方式与主电路连接，这增加了加工的复杂度和装配难度，同时降低了电路设计的精度。通过引入共面波导在电路内直接接地的方式提供直流地和射频地，并把直流偏置和整体电路设计在一个基板上可以有效的解决上述问题。

目前存在的太赫兹三倍频器大部分都是在平面肖特基二极管精确建模的基础上采用微带线或者悬置微带线构成外围无源电路并放置在波导腔体中实现的。平面型肖特基二极管对产生倍频频率，并采用微带线和悬置微带线与标准波导分别构成基波输入波导-微带过渡、基波低通滤波器、输出波导-微带过渡、匹配电路和直流偏置低通滤波器，这些无源结构分别完成基波的输入和输出、频率的选择、二极管偏压。考虑到倍频二极管对因不完全对称而产生的杂散电流和直流偏置回路的形成，因此在放置二极管的基板边缘向外伸出对称的两段金属薄板来实现射频地和直流回路。且大部分二倍频电路设计中直流偏置低通滤波器和其他无源电路不在同一个基板上设计需要用跳金丝的方式进行连接。

在现有技术中三倍频器中的二极管电路采用在基板边缘向外伸出对称的两段金属薄板来实现射频地和直流回路，且直流偏置电路和其他无源电路不在同一个基板上设计需要用跳金丝的方式装配连接。这增加了加工装配难度，同时造成装配精度对结果的影响比较大，这一点在太赫兹设计中极为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供基于共面波导传输线的太赫兹三倍频器，本发明采用共面波导传输线代替传统的微带线和悬置微带线来设计三倍频器的外围无源电路在电路内直接与腔体壁连接实现射频地和直流回路，并用基波输入双工器的方式将直流偏置和其他电路设计在一个介质基板上，减少后续的装配步骤，这样可以使电路结构更加简单易于加工和装配。

本发明的实现方案如下：基于共面波导传输线的太赫兹三倍频器，包括主体波导和设置在主体波导内腔底面的介质基板，介质基板上设置有下表面与介质基板上表面齐平的共面波导传输线，共面波导传输线包括从左到右依次连接的直流偏置低通滤波器、输入匹配传输线、基波低通滤波器、基波匹配传输线、三次谐波匹配传输线、三级匹配传输线、四级匹配传输线、输出匹配传输线，直流偏置低通滤波器和基波低通滤波器都是采用下表面与介质基板上表面齐平的传输线构成；还包括与主体波导交叉连接的基波输入波导，基波输入波导与主体波导的重合区域为区域M，输入匹配传输线位于区域M内，还包括设置在主体波导右端的输出波导，介质基板的右端插入到输出波导内，输出匹配传输线位于输出波导内，共面波导传输线还包括2个分别位于介质基板左右向轴线两侧的共面波导接地传输线和2个分别位于介质基板左右向轴线两侧的耦合接地传输线，2个共面波导接地传输线和2个耦合接地传输线都与主体波导侧内壁连接，2个耦合接地传输线都位于基波输入波导的左侧，2个共面波导接地传输线都位于基波输入波导与输出波导之间，还包括四管芯倍频二极管，四管芯倍频二极管包括5个一字排列的多层半导体块，5个多层半导体块都装配在同一个支撑板上，5个多层半导体块远离支撑板的一侧都设置有空气桥焊盘，5个多层半导体块分别是：多层半导体块B、多层半导体块A、中间多层半导体块、多层半导体块C、多层半导体块D，中间多层半导体块上的空气桥焊盘通过金属阳极空气桥分别与多层半导体块A和多层半导体块C桥接，多层半导体块A上的空气桥焊盘通过金属阳极空气桥与多层半导体块B桥接，多层半导体块C上的空气桥焊盘通过金属阳极空气桥与多层半导体块D桥接，中间多层半导体块上的空气桥焊盘倒扣粘接在三次谐波匹配传输线上，多层半导体块B和多层半导体块D上的空气桥焊盘分别倒扣粘接在2个共面波导接地传输线上。

本发明的技术方案是：本结构包括三个波导，分别是基波输入波导、输出波导、主体波导，还有一个设置在主体波导内的介质基板，介质基板上采用共面波导传输线以集成的方式设置各个处理微波信号的电气结构，这些电气结构从左到右分别为：直流偏置低通滤波器、输入匹配传输线、基波低通滤波器、基波匹配传输线、三次谐波匹配传输线、三级匹配传输线、四级匹配传输线、输出匹配传输线，利用共面波导接地传输线作为接地线；其中介质基板优选用0.05mm厚的石英基板；其中基波输入波导由标准矩形波导WR-10和输入匹配传输线构成作为基波的输入端口，基波输入波导通过减高进行匹配；其中，基波低通滤波器可以使基波频率通过二截止二次倍频频率和三次倍频频率，这样可以将来自四管芯倍频二极管的二次、三次倍频频率反射回去继续参与倍频并由输出端口输出；其中直流偏置低通滤波器可以通过直流电流和较低的频率并对基波信号及其高次谐波进行截止，这样可以加载直流电压改变四管芯倍频二极管的偏置；其中直流偏置低通滤波器、基波输入波导、基波低通滤波器一起构成一个基波输入双工器，基波输入双工器实现基波信号由基波输入波导的输入后通过基波低通滤波器进入四管芯倍频二极管倍频，并阻止其进入直流偏置电路；其中，基波匹配传输线和三次谐波匹配传输线都采用四分之一波长枝节匹配电路实现阻抗匹配完成信号的小损耗传输；其中四管芯倍频二极管采用四管心的平面型接触型肖特基二极管，四管芯倍频二极管有四个管芯级联并在共面波导中构成非平衡结构实现倍频作用；其中四管芯倍频二极管到贴在共面波导传输线上面，四管芯倍频二极管两端与共面波导接地传输线连接，使四管芯倍频二极管接地，四管芯倍频二极管中间与三次谐波匹配传输线相连使能量进入四管芯倍频二极管；其中，四管芯倍频二极管完全放置在波导腔体之中；其中输出波导采用经典波导加微带过渡结构并将微带线换成共面波导传输线，也即输出波导采用经典波导加输出匹配传输线的结构构成输出结构；其中输出波导用标准矩形波导WR-2.8；其中输出波导采取减宽设计使二次谐波和基波截止。共面波导接地传输线与主体波导的腔体壁直接相连构成接地。

直流偏置低通滤波器包括从左到右依次连接的一级匹配传输线A、一级连接传输线、一级匹配传输线B，一级匹配传输线B与输入匹配传输线连接， 直流偏置低通滤波器还包括2个T型开路枝节A，T型开路枝节A设置在一级连接传输线的左右向轴线两侧，T型开路枝节A包括互相连接成T字形的横向枝节和竖向枝节，竖向枝节与一级连接传输线连接，T型开路枝节A的下表面与介质基板的上表面共面。

直流偏置低通滤波器的横向枝节的左端和右端都向一级连接传输线方向弯曲。

一级匹配传输线A和一级匹配传输线B都包括互相连接的横向匹配传输线A和纵向匹配传输线A，横向匹配传输线A的宽度小于纵向匹配传输线A的宽度，纵向匹配传输线A与一级连接传输线连接。

直流偏置低通滤波器：该结构采用了共面波导传输线改进型CMRC结构，CMRC单元是一种通过微带光刻腐蚀技术在标准50欧姆微带传输线中形成的特定图形的特殊微带电路结构，共面波导传输线改进型CMRC结构与传统微带CMRC单元在俯视方向是一致的，区别在于：共面波导传输线改进型CMRC结构是一种共面波导传输线。由于在正常的50欧姆微带线上蚀刻掉了一部分金属，形成的上下相连的细窄的微带线将增加其等效的串联电感。相反，蚀刻出的两条缝隙则增加了其等效并联电容。上述结构可等效为RLC谐振电路，呈现带阻特性。通过调节紧凑微带谐振单元结构的长度及腐蚀图形的结构，可获得不同频段下的带阻效应。在共面波导传输线改进型的CMRC结构中滤波器结构放弃了50欧微带线的腐蚀方式，而是直接采用对称的双T型开路枝节实现谐振电路，也就是说，本发明中的2个T型开路枝节A为对称分布在一级连接传输线两侧的结构，可以根据共面波导传输线的特殊性通过调节T型枝节中的横向枝节与耦合接地传输线的距离来控制共面波导间的耦合。水平枝节的长度可以控制截止频率的大小、横向枝节的左端和右端弯曲形成的耦合小矩形可以控制滤波器的通带波纹。改进后的直流偏置低通滤波器设计简单，加工方便，且具有CMRC结构低通滤波器的优点。

基波低通滤波器包括从左到右依次连接的二级匹配传输线A、二级连接传输线、二级匹配传输线B，二级匹配传输线A与输入匹配传输线连接，二级匹配传输线B与基波匹配传输线连接，基波低通滤波器还包括2个T型开路枝节B，T型开路枝节B设置在二级连接传输线的左右向轴线两侧，T型开路枝节B包括互相连接成T字形的横向枝节和竖向枝节，竖向枝节与一级连接传输线连接，T型开路枝节B的下表面与介质基板的上表面共面。

所述基波低通滤波器的横向枝节的左端和右端都向二级连接传输线方向弯曲。

二级匹配传输线A和二级匹配传输线B都包括互相连接的横向匹配传输线B和纵向匹配传输线B，横向匹配传输线B的宽度小于纵向匹配传输线B的宽度，纵向匹配传输线B与二级连接传输线连接，二级匹配传输线A的横向匹配传输线B通过一段细传输线与输入匹配传输线进行匹配连接，二级匹配传输线B的横向匹配传输线B与基波匹配传输线连接。

基波低通滤波器：直流偏置低通滤波器与直流偏置低通滤波器的设计原理一致，也采用改进型的CMRC单元低通滤波器结构来设计，因基波低通滤波器的截止频率比较高其尺寸要比直流偏置低通滤波器小，且设计时要保证对二次谐波和三次谐波的截止，避免寄生通带出现在三次谐波频段上。基波低通滤波器可以通基波信号而阻止二次和三次谐波信号以及更高的射频信号并使其反射回去再次进入四管芯倍频二极管，这样提高了端口的隔离度和变频的效率。并且基波低通滤波器和直流偏置低通滤波器、基波输入波导一起构成基波输入双工器完成基波的低损耗输入和直流偏置电路的加载。

综合上述结构，直流偏置低通滤波器和基波低通滤波器都采用共面波导传输线改进型CMRC低通滤波器结构，以此用来减小介质基板长度，达到减少整体结构体积的目的；其中，共面波导传输线改进型CMRC低通滤波器放弃传统CMRC低通滤波器的50欧微带线腐蚀方式，优选采用对称的双T型开路枝节实现谐振回路，并在T型开路枝节上增加耦合小矩形来提高滤波器性能；其中，共面波导传输线改进型CMRC低通滤波器中T型开路枝节的横向枝节长度可直接控制截止频率的大小；其中基波低通滤波器的T型开路枝节中的横向枝节与共面波导接地传输线的距离可调节传输线间的耦合。

基波匹配传输线包括2个互相连接的传输线，位于左侧的传输线的宽度大于位于右侧的传输线。

三次谐波匹配传输线包括2个互相连接的传输线，位于左侧的传输线的宽度大于位于右侧的传输线的宽度。

介质基板为石英介质基板。

本发明的优点为：1、相比现有技术该发明采用共面波导形式在电路内直接接地，减少装配步骤，减小了加工和装配对结果的影响。

2、相比现有技术该发明结构更加紧凑、尺寸更小。由于采用共面波导传输线和CMRC结构的滤波器使电路的横向长度很小，易于石英基板的加工。

附图说明

图1为本发明的俯视整体结构示意图。

图2为图1中A-A向的切面结构示意图。

图3为四管芯倍频二极管正面示意图。

图4为直流偏置低通滤波器的仿真参数示意图。

图5为基波低通滤波器的仿真参数示意图。

图6为基波输入双工器的仿真参数示意图。

图7为输出波导的仿真参数示意图。

图中的标号分别表示为：1、一级匹配传输线A；2、一级连接传输线；3、一级匹配传输线B；4、输入匹配传输线；5、基波输入波导；6、二级匹配传输线A；7、二级匹配传输线B；8、四管芯倍频二极管；9、三级匹配传输线；10、四级匹配传输线；11、输出波导；12、介质基板；13、主体波导；14、三次谐波匹配传输线；15、基波匹配传输线；16、二级连接传输线；17、共面波导接地传输线；18、输出匹配传输线；19、耦合接地传输线；43、金属阳极空气桥；45、空气桥焊盘；46、支撑板；421、中间多层半导体块；422、多层半导体块A、423、多层半导体块B；424、多层半导体块C；425、多层半导体块D。

方向说明：在图1中，长度方向是指图1的从左到右方向，即X轴线方向，宽度方向与长度方向垂直，即Y轴线方向， 以介质基板为例，所有的宽度方向与介质基板的宽边方向一致，所有的长度方向与介质基板的长度方向一致。

具体实施方式

实施例一

如图1至图7所示。

基于共面波导传输线的太赫兹三倍频器，包括主体波导13和设置在主体波导内腔底面的介质基板12，介质基板12上设置有下表面与介质基板12上表面齐平的共面波导传输线，共面波导传输线包括从左到右依次连接的直流偏置低通滤波器、输入匹配传输线4、基波低通滤波器、基波匹配传输线15、三次谐波匹配传输线14、三级匹配传输线9、四级匹配传输线10、输出匹配传输线18，直流偏置低通滤波器和基波低通滤波器都是采用下表面与介质基板12上表面齐平的传输线构成；还包括与主体波导13交叉连接的基波输入波导5，基波输入波导5与主体波导13的重合区域为区域M，输入匹配传输线4位于区域M内，还包括设置在主体波导13右端的输出波导11，介质基板12的右端插入到输出波导11内，输出匹配传输线18位于输出波导11内，共面波导传输线还包括2个分别位于介质基板12左右向轴线两侧的共面波导接地传输线17和2个分别位于介质基板12左右向轴线两侧的耦合接地传输线19，2个共面波导接地传输线17和2个耦合接地传输线19都与主体波导17侧内壁连接，2个耦合接地传输线19都位于基波输入波导5的左侧，2个共面波导接地传输线17都位于基波输入波导5与输出波导11之间，还包括四管芯倍频二极管8，四管芯倍频二极管8包括5个一字排列的多层半导体块，5个多层半导体块都装配在同一个支撑板46上，5个多层半导体块远离支撑板46的一侧都设置有空气桥焊盘45，5个多层半导体块分别是：多层半导体块B423、多层半导体块A422、中间多层半导体块421、多层半导体块C424、多层半导体块D425，中间多层半导体块421上的空气桥焊盘45通过金属阳极空气桥43分别与多层半导体块A422和多层半导体块C424桥接，多层半导体块A422上的空气桥焊盘45通过金属阳极空气桥43与多层半导体块B423桥接，多层半导体块C424上的空气桥焊盘45通过金属阳极空气桥43与多层半导体块D425桥接，中间多层半导体块421上的空气桥焊盘45倒扣粘接在三次谐波匹配传输线14上，多层半导体块B423和多层半导体块D425上的空气桥焊盘45分别倒扣粘接在2个共面波导接地传输线17上。

本发明的技术方案是：本结构包括三个波导，分别是基波输入波导、输出波导、主体波导，还有一个设置主体波导内的介质基板，介质基板上采用共面波导传输线以集成的方式设置各个处理微波信号的电气结构，这些电气结构从左到右分别为：直流偏置低通滤波器、输入匹配传输线4、基波低通滤波器、基波匹配传输线15、三次谐波匹配传输线14、三级匹配传输线9、四级匹配传输线10、输出匹配传输线18，利用共面波导接地传输线作为接地线；其中介质基板优选用0.05mm厚的石英基板；其中基波输入波导由标准矩形波导WR-10和输入匹配传输线4构成作为基波的输入端口，基波输入波导通过减高进行匹配；其中，基波低通滤波器可以使基波频率通过而截止二次倍频频率和三次倍频频率，这样可以将来自四管芯倍频二极管的二次、三次倍频频率反射回去继续参与倍频并由输出端口输出；其中直流偏置低通滤波器可以通过直流电流和较低的频率并对基波信号及其高次谐波进行截止，这样可以加载直流电压改变四管芯倍频二极管的偏置；其中直流偏置低通滤波器、基波输入波导、基波低通滤波器一起构成一个基波输入双工器，基波输入双工器实现基波信号由基波输入波导的输入后通过基波低通滤波器进入四管芯倍频二极管倍频，并阻止其进入直流偏置电路；其中，基波匹配传输线和三次谐波匹配传输线都采用四分之一波长枝节匹配电路实现阻抗匹配完成信号的低损耗传输；其中四管芯倍频二极管采用四管心的平面接触型肖特基二极管，四管芯倍频二极管有四个管芯级联并在共面波导中构成非平衡结构实现倍频作用；其中四管芯倍频二极管到贴在共面波导传输线上面，四管芯倍频二极管两端与共面波导接地传输线连接，使四管芯倍频二极管接地，四管芯倍频二极管中间与三次谐波匹配传输线相连使能量进入四管芯倍频二极管；其中，四管芯倍频二极管完全放置在波导腔体之中；其中输出波导采用经典波导加微带过渡结构并将微带线换成共面波导传输线，也即输出波导采用经典波导加输出匹配传输线的结构构成输出结构；其中输出波导用标准矩形波导WR-2.8；其中输出波导采取减宽设计使二次谐波和基波截止。共面波导接地传输线与主体波导的腔体壁直接相连构成接地。

直流偏置低通滤波器包括从左到右依次连接的一级匹配传输线A1、一级连接传输线2、一级匹配传输线B3，一级匹配传输线B3与输入匹配传输线4连接， 直流偏置低通滤波器还包括2个T型开路枝节A，T型开路枝节A设置在一级连接传输线2的左右向轴线两侧，T型开路枝节A包括互相连接成T字形的横向枝节和竖向枝节，竖向枝节与一级连接传输线连接，T型开路枝节A的下表面与介质基板12的上表面共面。

直流偏置低通滤波器的横向枝节的左端和右端都向一级连接传输线2方向弯曲。

一级匹配传输线A和一级匹配传输线B3都包括互相连接的横向匹配传输线A和纵向匹配传输线A，横向匹配传输线A的宽度小于纵向匹配传输线A的宽度，纵向匹配传输线A与一级连接传输线2连接。

直流偏置低通滤波器：该结构采用了共面波导传输线改进型CMRC结构，CMRC单元是一种通过微带光刻腐蚀技术在标准50欧姆微带传输线中形成的特定图形的特殊微带电路结构，共面波导传输线改进型CMRC结构与传统微带CMRC单元在俯视方向是一致的，区别在于：共面波导传输线改进型CMRC结构是一种共面波导传输线。由于在正常的50欧姆微带线上蚀刻掉了一部分金属，形成的上下相连的细窄的微带线将增加其等效的串联电感。相反，蚀刻出的两条缝隙则增加了其等效并联电容。上述结构可等效为RLC谐振电路，呈现带阻特性。通过调节紧凑微带谐振单元结构的长度及腐蚀图形的结构，可获得不同频段下的带阻效应。在共面波导传输线改进型的CMRC结构中滤波器结构放弃了50欧微带线的腐蚀方式，而是直接采用对称的双T型开路枝节实现谐振电路，也就是说，本发明中的2个T型开路枝节A为对称分布在一级连接传输线2两侧的结构，可以根据共面波导传输线的特殊性通过调节T型枝节中的横向枝节与耦合接地传输线的距离来控制共面波导间的耦合。水平枝节的长度可以控制截止频率的大小、横向枝节的左端和右端弯曲形成的耦合小矩形可以控制滤波器的通带波动。改进后的直流偏置低通滤波器设计简单，加工方便，且具有CMRC结构低通滤波器的优点。

从图4中可以看出：低频时传输系数S21大于-0.1dB，在基波信号100GHz-110GHz传输系数S21小于-20dB，说明该直流偏置低通滤波器对直流信号及低频信号导通而对基波信号截止。

基波低通滤波器包括从左到右依次连接的二级匹配传输线A6、二级连接传输线16、二级匹配传输线B7，二级匹配传输线A6与输入匹配传输线4连接，二级匹配传输线B7与基波匹配传输线15连接，基波低通滤波器还包括2个T型开路枝节B，T型开路枝节B设置在二级连接传输线16的左右向轴线两侧，T型开路枝节B包括互相连接成T字形的横向枝节和竖向枝节，竖向枝节与一级连接传输线连接，T型开路枝节B的下表面与介质基板12的上表面共面。

所述基波低通滤波器的横向枝节的左端和右端都向二级连接传输线16方向弯曲。

二级匹配传输线A和二级匹配传输线B都包括互相连接的横向匹配传输线B和纵向匹配传输线B，横向匹配传输线B的宽度小于纵向匹配传输线B的宽度，纵向匹配传输线B与二级连接传输线16连接，二级匹配传输线A的横向匹配传输线B通过一段细传输线与输入匹配传输线4进行匹配连接，二级匹配传输线B的横向匹配传输线B与基波匹配传输线15连接。

基波低通滤波器：直流偏置低通滤波器与直流偏置低通滤波器的设计原理一致，也采用改进型的CMRC单元低通滤波器结构来设计，因基波低通滤波器的截止频率比较高其尺寸要比直流偏置低通滤波器小，且设计时要保证对二次谐波和三次谐波的截止，避免寄生通带出现在三次谐波频段上。基波低通滤波器可以通基波信号而阻止二次和三次谐波信号以及更高的射频信号通过并使其反射回去再次进入四管芯倍频二极管，这样提高了端口的隔离度和变频的效率。并且基波低通滤波器和直流偏置低通滤波器、基波输入波导一起构成基波输入双工器完成基波的低损耗输入和直流偏置电路的加载。

从图5可以看出：该基波低通滤波器在0GHz-110GHz范围内回波损耗S11小于-20dB，传输系数S21大于-0.2dB；在200GHz-330GHz范围内传输系数S21小于-20dB，回波损耗基本为零。说明该基波低通滤波器能通过基波信号而截至二次谐波和三次谐波。

综合上述结构，直流偏置低通滤波器和基波低通滤波器都采用共面波导传输线改进型CMRC低通滤波器结构，以此用来减小介质基板长度，达到减少整体结构体积的目的；其中，共面波导传输线改进型CMRC低通滤波器放弃传统CMRC低通滤波器的50欧微带线腐蚀方式，优选采用对称的双T型开路枝节实现谐振回路，并在T型开路枝节上增加耦合小矩形来提高滤波器性能；其中，共面波导传输线改进型CMRC低通滤波器中T型开路枝节的横向枝节长度可直接控制截止频率的大小；其中基波低通滤波器的T型开路枝节中的横向枝节与共面波导接地传输线的距离可调节传输线间的耦合。

基波匹配传输线包括2个互相连接的传输线，位于左侧的传输线的宽度大于位于右侧的传输线。

三次谐波匹配传输线包括2个互相连接的传输线，位于左侧的传输线的宽度大于位于右侧的传输线的宽度。

介质基板为石英介质基板。

基波低通滤波器和直流偏置低通滤波器、基波输入波导一起构成基波输入双工器完成基波的低损耗输入和直流偏置电路的加载。其中图1中A代表端口1，端口1是基波输入端口，B代表端口2，端口1是输出端口，C代表端口3，端口3是直流偏置端口，基波从端口1进入从端口2输出，然后进入四管芯倍频二极管经行倍频。从图6可以看出：在100GHz-110GHz范围内，也即基波频段内，端口1的回波损耗S11小于-17dB，端口1到端口2的传输系数S21大于-0.3dB，端口1到端口3的传输系数S31小于-30dB。说明在基波频段能有由端口1进入以后以较小的损耗由端口2输出且在端口3处截止，完成基波的输入。

输出波导采用常用的E面插入波导—微带过渡，并将微带线换成共面波导形式，其模型如图1结构的最右侧所示，将输出匹配传输线这样的探针通过波导宽边中心的孔插入输出波导的波导腔中，通过一段起耦合作用的探针把传输线上的信号能量耦合到矩形波导中。三次谐波信号由输出波导这样的标准波导WR-2.8输出，输出波导尺寸经过优化，避免了高次模和传输零点的出现。从图7可以看出：在300GHz-330GHz范围内回波损耗S11小于-25dB，传输系数S21大于-0.2dB，在三次谐波频段过渡很好的导通，且由于波导的低频抑制特性，通过减小矩形波导的长边宽度使二次谐波截止只输出三次谐波。

如上所述，则能很好的实现本发明。

Claims (10)

1.基于共面波导传输线的太赫兹三倍频器，其特征在于：包括主体波导（13）和设置在主体波导内腔底面的介质基板（12），介质基板（12）上设置有下表面与介质基板（12）上表面齐平的共面波导传输线，共面波导传输线包括从左到右依次连接的直流偏置低通滤波器、输入匹配传输线（4）、基波低通滤波器、基波匹配传输线（15）、三次谐波匹配传输线（14）、三级匹配传输线（9）、四级匹配传输线（10）、输出匹配传输线（18），直流偏置低通滤波器和基波低通滤波器都是采用下表面与介质基板（12）上表面齐平的传输线构成；还包括与主体波导（13）交叉连接的基波输入波导（5），基波输入波导（5）与主体波导（13）的重合区域为区域M，输入匹配传输线（4）位于区域M内，还包括设置在主体波导（13）右端的输出波导（11），介质基板（12）的右端插入到输出波导（11）内，输出匹配传输线（18）位于输出波导（11）内，共面波导传输线还包括2个分别位于介质基板（12）左右向轴线两侧的共面波导接地传输线（17）和2个分别位于介质基板（12）左右向轴线两侧的耦合接地传输线（19），2个共面波导接地传输线（17）和2个耦合接地传输线（19）都与主体波导（17）侧内壁连接，2个耦合接地传输线（19）都位于基波输入波导（5）的左侧，2个共面波导接地传输线（17）都位于基波输入波导（5）与输出波导（11）之间；还包括四管芯倍频二极管（8），四管芯倍频二极管（8）包括5个一字排列的多层半导体块，5个多层半导体块都装配在同一个支撑板（46）上，5个多层半导体块远离支撑板（46）的一侧都设置有空气桥焊盘（45），5个多层半导体块分别是：多层半导体块B（423）、多层半导体块A（422）、中间多层半导体块（421）、多层半导体块C(424)、多层半导体块D（425），中间多层半导体块（421）上的空气桥焊盘（45）通过金属阳极空气桥（43）分别与多层半导体块A（422）和多层半导体块C(424)桥接，多层半导体块A（422）上的空气桥焊盘（45）通过金属阳极空气桥（43）与多层半导体块B（423）桥接，多层半导体块C(424)上的空气桥焊盘（45）通过金属阳极空气桥（43）与多层半导体块D（425）桥接，中间多层半导体块（421）上的空气桥焊盘（45）倒扣粘接在三谐波匹配传输线（14）上，多层半导体块B（423）和多层半导体块D（425）上的空气桥焊盘（45）分别倒扣粘接在2个共面波导接地传输线（17）上。

2.根据权利要求1所述的基于共面波导传输线的太赫兹三倍频器，其特征在于：直流偏置低通滤波器包括从左到右依次连接的一级匹配传输线A（1）、一级连接传输线（2）、一级匹配传输线B（3），一级匹配传输线B（3）与输入匹配传输线（4）连接， 直流偏置低通滤波器还包括2个T型开路枝节A，T型开路枝节A设置在一级连接传输线（2）的左右向轴线两侧，T型开路枝节A包括互相连接成T字形的横向枝节和竖向枝节，竖向枝节与一级连接传输线连接，T型开路枝节A的下表面与介质基板（12）的上表面共面。

3.根据权利要求2所述的基于共面波导传输线的太赫兹三倍频器，其特征在于：直流偏置低通滤波器的横向枝节的左端和右端都向一级连接传输线（2）方向弯曲。

4.根据权利要求1所述的基于共面波导传输线的太赫兹三倍频器，其特征在于：基波低通滤波器包括从左到右依次连接的二级匹配传输线A（6）、二级连接传输线（16）、二级匹配传输线B（7），二级匹配传输线A（6）与输入匹配传输线（4）连接，二级匹配传输线B（7）与基波匹配传输线（15）连接，基波低通滤波器还包括2个T型开路枝节B，T型开路枝节B设置在二级连接传输线（16）的左右向轴线两侧，T型开路枝节B包括互相连接成T字形的横向枝节和竖向枝节，竖向枝节与一级连接传输线连接，T型开路枝节B的下表面与介质基板（12）的上表面共面。

5.根据权利要求4所述的基于共面波导传输线的太赫兹三倍频器，其特征在于：所述基波低通滤波器的横向枝节的左端和右端都向二级连接传输线（16）方向弯曲。

6.根据权利要求1所述的基于共面波导传输线的太赫兹三倍频器，其特征在于：基波匹配传输线包括2个互相连接的传输线，位于左侧的传输线的宽度大于位于右侧的传输线。

7.根据权利要求1所述的基于共面波导传输线的太赫兹三倍频器，其特征在于：三次谐波匹配传输线包括2个互相连接的传输线，位于左侧的传输线的宽度大于位于右侧的传输线的宽度。

8.根据权利要求1所述的基于共面波导传输线的太赫兹三倍频器，其特征在于：介质基板为石英介质基板。

9.根据权利要求2或3所述的基于共面波导传输线的太赫兹三倍频器，其特征在于：一级匹配传输线A（1）和一级匹配传输线B（3）都包括互相连接的横向匹配传输线A和纵向匹配传输线A，横向匹配传输线A的宽度小于纵向匹配传输线A的宽度，纵向匹配传输线A与一级连接传输线（2）连接。

10.根据权利要求4或5所述的基于共面波导传输线的太赫兹三倍频器，其特征在于：二级匹配传输线A（6）和二级匹配传输线B（7）都包括互相连接的横向匹配传输线B和纵向匹配传输线B，横向匹配传输线B的宽度小于纵向匹配传输线B的宽度，纵向匹配传输线B与二级连接传输线（16）连接，二级匹配传输线A的横向匹配传输线B通过一段细传输线与输入匹配传输线（4）进行匹配连接，二级匹配传输线B的横向匹配传输线B与基波匹配传输线（15）连接。