CN104617881A - 具有多级减高波导匹配结构的太赫兹倍频器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有多级减高波导匹配结构的太赫兹倍频器，属于太赫兹器件技术领域。本发明提供的太赫兹倍频器结构简单、加工方便，通过在倍频器的输入、输出端引入多段减高波导匹配结构以减小波导的特性阻抗，从而简化探针电路以及倍频器主电路的匹配网络，并可使输入信号以主模进行单模传输且抑制倍频器输出端的部分杂散波。

Description

具有多级减高波导匹配结构的太赫兹倍频器
技术领域
本发明属于太赫兹器件技术领域，具体涉及一种基于多级减高波导实现匹配结构的太赫兹倍频器。
背景技术
一般将频率在0.1-10THz的电磁波定义为太赫兹波，它介于毫米波和红外光之间，处于从电子学向光子学的过渡区。太赫兹频段在无线电物理领域称为亚毫米波，在光学领域则习惯称之为远红外光，THz波具有独特的瞬态性、宽带性、相干性和低能等特性，这些特性使其在安检、通信、雷达、射电天文中有广泛应用。
由于太赫兹波频率较高，为了得到稳定可靠的信号源，常常需要利用倍频的方法获得太赫兹波。而在倍频器的设计中电路的匹配好坏直接决定着倍频器的倍频效率和输出功率的大小，而倍频器中输入输出波导由于其尺寸相对较大使得其等效特性阻抗往往可达数百欧姆，相对与主传输线常用的50欧姆以及非线性器件的最佳输入阻抗都是巨大的，在满足相应带宽的条件下往往需要复杂的匹配网络以进行相应的阻抗变换和匹配，不仅会导致倍频器结构的复杂化，而且过多的匹配模块必然会引起更多的损耗，不利于提高倍频器的效率和输出功率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的上述问题，提供一种结构简单、具有多级减高波导匹配结构的倍频器。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种具有多级减高波导匹配结构的太赫兹倍频器，其结构如图1、2、3所示，其中图1为其正面俯视图，包括输入端多级减高波导101、微带倍频电路及输出端多级减高波导102，图2、图3分别为图1中输入端多级减高波导101的A-A截面图和B-B截面图，所述输入端、输出端多级减高波导均由宽边即H面宽度相等且窄边即E面宽度逐级减少的两个以上波导构成，所述输入端多级减高波导和输出端多级减高波导中E面宽度最窄的波导即末级波导的末端为短路面；
所述输入端多级减高波导的末级波导的长度大于基波频率的四分之一波导波长，所述输出端多级减高波导的末级波导的长度大于所需谐波频率的四分之一波导波长；所述输入端多级减高波导和输出端多级减高波导的末级波导均设有一开口，所述开口位于相应末级波导的H面径向轴线处且开口长边与轴线平行，所述输入端多级减高波导的开口与相应短路面的间距为基波频率的四分之一波导波长，所述输出端多级减高波导的开口与相应短路面的间距为输出谐波频率的四分之一波导波长；
微带倍频电路包括输入端E面微带探针和输出端E面微带探针，输入端E面微带探针通过所述输入端多级减高波导的开口伸入波导内，将能量从波导腔体耦合至微带倍频电路；输出端E面微带探针通过所述输出端多级减高波导的开口伸入波导内，将能量从微带耦合至输出端波导。
通过调整所述输入端多级减高波导和输出端多级减高波导的级数、各级波导的长度及E面宽度可实现微带倍频电路输入端及输出端的阻抗匹配；通过调整多级减高波导中末级波导的E面宽度可使输入信号以主模进行单模传输并抑制微带倍频电路输出端的杂散波。
进一步的，多级减高波导中各级波导的E面重合，但各级波导的中心轴线可不重合。
本发明的有益效果是：
本发明通过在倍频器的输入、输出端引入多段减高波导匹配结构以减小波导的特性阻抗，从而简化探针电路以及倍频器主电路的匹配网络，减小了电路的尺寸，增大了设计的灵活性，且多级减高波导匹配结构整体结构简单、加工方便。
附图说明
图1为本发明提供的具有多级减高波导匹配结构倍频器的结构示意图；
图2为本发明的输入端多级减高波导匹配结构的A-A剖面图；
图3为本发明的输入端多级减高波导匹配结构的B-B剖面图；
图4为本发明具体实施方式提供的具有多级减高波导匹配结构的太赫兹倍频器的微带倍频电路拓扑结构。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明进行更深入的详细说明。
本具体实施方式提供一种具有多级减高波导匹配结构的太赫兹倍频器，其结构如图1、2、3所示，其中图1为其正面俯视图，包括输入端多级减高波导101、微带倍频电路及输出端多级减高波导102，图2、图3分别为图1中输入端多级减高波导101的A-A截面图和B-B截面图，所述输入端、输出端多级减高波导均由宽边即H面宽度相等且窄边即E面宽度逐级减少的四个波导构成，所述输入端多级减高波导和输出端多级减高波导中E面宽度最窄的波导即末级波导的末端为短路面，所述末级波导的长度大于所述倍频器工作频率的四分之一波导波长，所述输入端多级减高波导和输出端多级减高波导的末级波导的H面轴线处均设有一开口，所述开口与所述短路面的间距为工作频率的四分之一波导波长。
所述微带倍频电路拓扑结构如图4所示，主要包括输入端E面微带探针1、高低阻抗线低通滤波器2、二极管对芯片4、输出端E面微带探针6。
所述输入端的E面微带探针1和高低阻抗线低通滤波器2通过一段阻抗为50欧姆、长度为基波频率对应的二分之一波导波长的微带线连接；所述高低阻抗线低通滤波器2通基波频率、阻所需的谐波频率。
所述高低阻抗线低通滤波器2的另一端和二极管对芯片4的输入端通过一段阻抗为50欧姆的微带线3连接，所述二极管对芯片4的输出端与一段阻抗为50欧姆的微带线5连接；所述微带线5的另一端与输出端E面微带探针6连接。
所述输入端E面微带探针1通过所述输入端多级减高波导的开口伸入波导内，将能量从波导腔体耦合至微带倍频电路；所述输出端E面微带探针6通过所述输出端多级减高波导的开口伸入波导内，将能量从微带耦合至输出端波导。

Claims (4)

1.一种具有多级减高波导匹配结构的太赫兹倍频器，包括输入匹配结构、输出匹配结构及微带倍频电路，其特征在于，所述输入匹配结构为输入端多级减高波导，所述输出匹配结构为输出端多级减高波导，所述输入端、输出端多级减高波导均由宽边即H面宽度相等且窄边即E面宽度逐级减少的两个以上波导构成，所述输入端多级减高波导和输出端多级减高波导中E面宽度最窄的波导即末级波导的末端为短路面；
所述输入端多级减高波导的末级波导的长度大于基波频率的四分之一波导波长，所述输出端多级减高波导的末级波导的长度大于所需谐波频率的四分之一波导波长；所述输入端多级减高波导和输出端多级减高波导的末级波导均设有一开口，所述开口位于相应末级波导的H面径向轴线处且开口长边与所述轴线平行，所述输入端多级减高波导的开口与相应短路面的间距为基波频率的四分之一波导波长，所述输出端多级减高波导的开口与相应短路面的间距为输出谐波频率的四分之一波导波长；
所述微带倍频电路包括输入端E面微带探针(1)和输出端E面微带探针(6)，输入端E面微带探针通过所述输入端多级减高波导的开口伸入波导内，将能量从波导腔体耦合至微带倍频电路；输出端E面微带探针通过所述输出端多级减高波导的开口伸入波导内，将能量从微带电路耦合至输出端波导。
2.根据权利要求1所述的具有多级减高波导匹配结构的太赫兹倍频器，其特征在于，通过调整所述输入端多级减高波导和输出端多级减高波导的级数、各级波导的长度及其E面宽度可实现微带倍频电路输入端及输出端的阻抗匹配。
3.根据权利要求2所述的具有多级减高波导匹配结构的太赫兹倍频器，其特征在于，通过调整输入端多级减高波导中末级波导的E面宽度可使输入信号以主模进行单模传输，通过调整多级减高波导中末级波导的E面宽度可抑制微带倍频电路输出端的杂散波。
4.根据权利要求1所述的具有多级减高波导匹配结构的太赫兹倍频器，其特征在于，所述微带倍频电路还包括高低阻抗线低通滤波器(2)和二极管对芯片(4)；所述输入端的E面微带探针(1)和高低阻抗线低通滤波器(2)通过一段阻抗为50欧姆、长度为基波频率对应的二分之一波导波长的微带线连接；所述高低阻抗线低通滤波器(2)通基波频率、阻所需的谐波频率；
所述高低阻抗线低通滤波器(2)的另一端和二极管对芯片(4)的输入端通过一段阻抗为50欧姆的微带线(3)连接，所述二极管对芯片(4)的输出端与一段阻抗为50欧姆的微带线(5)连接；所述微带线(5)的另一端与输出端E面微带探针(6)连接。
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