CN104980111A - 一种具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器，包括短路器(1)、卡槽(2)、波导沟道(3)、中间沟道(4)和石英基片(5)；所述的短路器(1)包括长方体(6)和圆柱体(7)，两者相切形成一个整体；所述卡槽(2)为混频器腔体上表面的槽，其形状与短路器(1)相同，所述卡槽(2)包括两个连通的槽：圆柱槽(8)和长方槽(9)；所述长方槽(9)与波导沟道(3)相接；所述短路器(1)安装在卡槽(2)内，在波导沟道(3)中形成一个短路面；所述的石英基片(5)放置在中间沟道(4)中，它们与波导沟道(3)垂直相交，形成一个电磁场的从波导到悬置微带的转换。本发明的短路器可以实现在多个小间隔上的位置上调整短路面。

Description

一种具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器
技术领域
本发明涉及太赫兹器件领域，特别涉及一种具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器。
背景技术
超外差接收机拥有非常高的灵敏度和频谱精度，可以用于从0.1THz一直到2.5THz的太赫兹探测。混频器位于接收机的前端，在本振信号的驱动下，将高频信号转换为容易处理的中频信号，主要形式有超导-绝缘-超导混频器、热电子辐射混频器、肖特基二极管混频器。与前两种混频器相比，肖特基二极管混频器可以在室温下工作，结构更加紧凑、性能更加可靠，因此成为星载毫米波辐射计的首选。
太赫兹混频器设计的核心问题是如何实现射频信号、本振信号、中频信号对肖特基二极管的匹配。其中射频信号、本振信号的频率较高，对应的传输线都是波导结构。二极管焊接在石英基片上，对应的传输线是悬置微带结构。于是，射频、本振信号在到达二极管之前都会通过一个波导到悬置微带的转换。这个转换部件是通过放置在中间沟道的石英基片和波导沟道垂直相交实现的，其中波导的短路面的位置影响高频信号到二极管的匹配。
现有技术中的波导短路面的设计有两种。一种是固定的短路面，其结构最简单。因为太赫兹波段的波导沟道的尺寸较小(频率0.6THz时尺寸为200um左右)，对机械加工的要求很高(优于5um)，结构越简单性能越可靠。这种结构的缺点也很明显，结构一旦固定，性能也就固定了。另一种是采用连接测微计的短路面，结构比较复杂。这种结构中，波导沟道的末端放置一个可以滑动的短路块。该短路块的另一端连接测微计，通过测微计来控制短路块在波导中的位置。这种设计在较小尺寸的波导沟道中并不可靠，而且外围结构庞大，导致混频器的整体结构变得复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有太赫兹混频器中的波导短路面中存在的上述缺陷，提供一种结构简单、性能可靠，具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器。
为了实现上述目的，本发明提供了一种具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器，包括短路器1、卡槽2、波导沟道3、中间沟道4和石英基片5；所述的短路器1包括长方体6和圆柱体7，两者相切形成一个整体；所述卡槽2为混频器腔体上表面的槽，其形状与短路器1相同，所述卡槽2包括两个连通的槽：圆柱槽8和长方槽9；所述长方槽9与波导沟道3相接；所述短路器1安装在卡槽2内，在波导沟道3中形成一个短路面；所述的石英基片5放置在中间沟道4中，它们与波导沟道3垂直相交，形成一个电磁场的从波导到悬置微带的转换。
上述技术方案中，所述短路器1的材料为铜合金。
上述技术方案中，所述圆柱槽8的直径比圆柱体7的直径大20um，使短路器1紧密安装在卡槽2内。
上述技术方案中，所述的石英基片5的正面朝外，通过反面抹胶，石英基片5两端的中频微带10和射频接地12；分别安装到中间沟道4的中频台阶13和射频台阶15上；石英基片5中端的悬置微带11对应着中间沟道4的深槽14，形成一段悬置微带电路。
上述技术方案中，所述石英基片5的正面是覆铜面，其厚度和抹胶的厚度之和等于中频台阶13的深度。
上述技术方案中，所述中频台阶13和射频台阶15的深度相同，所述深槽14的深度比中频台阶13的深度大。
上述技术方案中，所述中频微带10和射频接地12按照微带电路设计，正面是电路，反面接触地面。
上述技术方案中，所述悬置微带11按照悬置微带电路设计，正面是电路，反面不接触地面。
上述技术方案中，所述中频台阶13和射频台阶15在中间沟道4的两端各形成一个台阶，用于微带电路的贴地安装；所述深槽14用于悬置微带11的悬置安装。
本发明的优点在于：本发明的具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器，其短路器是由长方体和圆柱体组成的一个整体，短路器紧密安装在卡槽中，通过更换不同长度的短路器实现短路面在多个小间隔上的位置调整。
附图说明
图1是本发明的具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器的侧视图；
图2是本发明的具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器的正视图；
图3是本发明的具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器的短路器的三面视图；
图4是本发明的具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器的的石英基片和中间沟道的结构示意图。
附图标识：
1、短路器                  2、卡槽                     3、波导沟道
4、中间沟道                5、石英基片                 6、长方体
7、圆柱体                  8、圆柱槽                   9、长方槽
10、中频微带               11、悬置微带                12、射频接地
13、中频台阶               14、深槽                    15、射频台阶
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
如图1、图2和图3所示，一种具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器，包括短路器1、卡槽2、波导沟道3、中间沟道4和石英基片5；所述的短路器1包括长方体6和圆柱体7，两者相切形成一个整体；所述卡槽2为混频器腔体上表面的槽，其形状与短路器1相同，包括两个连通的槽：圆柱槽8和长方槽9；所述长方槽9与波导沟道3相接；所述短路器1安装在卡槽2内，在波导沟道3中形成一个短路面；所述的石英基片5放置在中间沟道4中，它们与波导沟道3垂直相交，形成一个电磁场的从波导到悬置微带的转换。
优选地，所述短路器1的材料为铜合金。
所述圆柱槽8的直径比圆柱体7的直径大20um，使短路器1紧密安装在卡槽2内。
在本实施例中，所述长方体6的长度的最小值为2mm，长度取值的间隔为20um；使得短路面的调整间隔为20um；所述圆柱体7的直径是3mm。
如4所示，所述的石英基片5的正面朝外，通过反面抹胶，石英基片5两端的中频微带10和射频接地12；分别安装到中间沟道4的中频台阶13和射频台阶15上；石英基片5中端的悬置微带11对应着中间沟道4的深槽14，形成一段悬置微带电路。
所述石英基片5的正面是覆铜面，其厚度和抹胶的厚度之和等于中频台阶13的深度，这样，石英基片5的正面会与所述混频器腔体的上表面平齐；中间沟道4的传输线为两端是微带、中间是悬置微带的电路形式。
在本实施例中，石英基片5的厚度为50um，胶的厚度是25um；中频台阶13的深度是75um。
所述中间沟道4中的深度不同，所述中频台阶13和射频台阶15的深度相同，所述深槽14的深度比中频台阶13的深度大，在本实施例中，所述中频台阶13和射频台阶15的深度是75um，深槽14的深度是120um。
所述中频微带10和射频接地12按照微带电路设计，正面是电路，反面接触地面。
所述悬置微带11按照悬置微带电路设计，正面是电路，反面不接触地面。
所述中频台阶13和射频台阶15在中间沟道4的两端各形成一个台阶，用于微带电路的贴地安装；所述深槽14用于悬置微带11的悬置安装。
射频信号、本振信号的传输线都是波导结构。二极管焊接在石英基片5上，对应的传输线是悬置微带结构。于是，射频、本振信号在到达二极管之前都会通过一个波导到悬置微带的转换。其中波导的短路面的位置影响高频信号到二极管的匹配，通过调整短路面的位置，改善了电路性能，弥补了装配误差带来的不利影响。
根据短路面的预期位置选择安装相应长度的短路器，进行混频器的性能测试；如果性能与预期不符，判断短路面的位置调整的方向；拆卸原短路器，安装另一个长度的短路器，继续性能测试；根据性能的变化趋势，进一步判断短路面的位置调整的方向；拆卸原短路器，安装另一个长度的短路器，继续性能测试，直到混频器的性能得到明显改善。
太赫兹混频器的腔体的尺寸较小，一般在厘米量级。短路器1安装在腔体中，尺寸可以控制在3mm以内，不会影响电路板的和沟道的布置，对结构的影响很小。短路器对波导短路面位置的最小调整间隔是20um，该值约为波长的4％(根据频率0.6THz时波长为500um计算)，能够对电路性能起到合理调整的作用。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器，包括短路器(1)、卡槽(2)、波导沟道(3)、中间沟道(4)和石英基片(5)；其特征在于，所述的短路器(1)包括长方体(6)和圆柱体(7)，两者相切形成一个整体；所述卡槽(2)为混频器腔体上表面的槽，其形状与短路器(1)相同，所述卡槽(2)包括两个连通的槽：圆柱槽(8)和长方槽(9)；所述长方槽(9)与波导沟道(3)相接；所述短路器(1)安装在卡槽(2)内，在波导沟道(3)中形成一个短路面；所述的石英基片(5)放置在中间沟道(4)中，它们与波导沟道(3)垂直相交，形成一个电磁场的从波导到悬置微带的转换。
2.根据权利要求1所述的具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器，其特征在于，所述短路器(1)的材料为铜合金。
3.根据权利要求1所述的具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器，其特征在于，所述圆柱槽(8)的直径比圆柱体(7)的直径大20um，使短路器(1)紧密安装在卡槽(2)内。
4.根据权利要求1所述的具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器，其特征在于，所述的石英基片(5)的正面朝外，通过反面抹胶，石英基片(5)两端的中频微带(10)和射频接地(12)；分别安装到中间沟道(4)的中频台阶(13)和射频台阶(15)上；石英基片(5)中端的悬置微带(11)对应着中间沟道(4)的深槽(14)，形成一段悬置微带电路。
5.根据权利要求4所述的具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器，其特征在于，所述石英基片(5)的正面是覆铜面，其厚度和抹胶的厚度之和等于中频台阶(13)的深度。
6.根据权利要求4所述的具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器，其特征在于，所述中频台阶(13)和射频台阶(15)的深度相同，所述深槽(14)的深度比中频台阶(13)的深度大。
7.根据权利要求4所述的具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器，其特征在于，所述中频微带(10)和射频接地(12)按照微带电路设计，正面是电路，反面接触地面。
8.根据权利要求4所述的具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器，其特征在于，所述悬置微带(11)按照悬置微带电路设计，正面是电路，反面不接触地面。
9.根据权利要求4所述的具有位置可调的波导短路面的太赫兹混频器，其特征在于，所述中频台阶(13)和射频台阶(15)在中间沟道(4)的两端各形成一个台阶，用于微带电路的贴地安装；所述深槽(14)用于悬置微带(11)的悬置安装。
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