CN104993795B - 频率自适应w波段信号源组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频率自适应W波段信号源组件，涉及毫米波器件技术领域。所述组件包括第一石英基板、第一传输微带线、第一低通滤波器、第一石英电路、输入射频匹配微带线、第一定位接地端、第二定位接地端、GaAs太赫兹倍频二极管、输出射频匹配微带线、第二石英电路、射频输出过度微带线、射频输出波导、金丝跳线、第二石英基板、直流馈电输出微带线、第二低通滤波器、直流馈电输入微带线。所述组件对输入频率具有自适应性，同一组件既可以实现二次倍频，又可以实现三次倍频；肖特基二极管采用倒装焊接工艺，工艺较为简单。

Description

频率自适应W波段信号源组件

技术领域

本发明涉及毫米波器件技术领域，尤其涉及一种频率自适应W波段信号源组件。

背景技术

W波段是毫米波中重要的窗口频率，该波段的收发技术研究是目前毫米波应用中的热门课题。由于其载波频率更高，W 波段可支持更大的带宽和更高的传输速率。因为大气损耗小，W 波段信号能够进行远距离传输。W波段的众多应用离不开该频段的信号源。

基于固态电子技术对毫米波频率源进行拓展是一种有效的方式。现有的技术可以采用半导体器件倍频方法获得W波段固态源。该方法是将毫米波通过非线性半导体器件倍频至W波段，具有结构紧凑、易于调节、寿命长，波形可控，常温工作等优点。

目前主要有二次倍频技术和三次倍频技术来拓展频率源，通过倍频组件来实现相应功能。目前倍频组件主要是二次倍频组件和三次倍频组件，每个组件实现一个功能，尚未见到一个组件既可以实现二次倍频，又可以实现三次倍频。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种频率自适应W波段信号源组件，所述组件对输入频率具有自适应性，同一组件既可以实现二次倍频，又可以实现三次倍频；肖特基二极管采用倒装焊接工艺，工艺较为简单。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种频率自适应W波段信号源组件，其特征在于：所述组件包括第一石英基板，所述第一传输微带线的一端与第一低通滤波器的一端连接，第一低通滤波器的另一端依次经第一石英电路、输入射频匹配微带线、GaAs太赫兹倍频二极管与输出射频匹配微带线的一端连接，输出射频匹配微带线的另一端经第二石英电路与射频输出过度微带线的一端连接，所述第一传输微带线、第一低通滤波器、第一石英电路、输入射频匹配微带线、GaAs太赫兹倍频二极管、输出射频匹配微带线、第二石英电路以及射频输出过度微带线固定在第一石英基板上，所述射频输出过度微带线横跨在射频输出波导上；

直流馈电输入微带线的一端经第二低通滤波器与直流馈电输出微带线的一端连接，直流馈电输出微带线的另一端通过金丝跳线与输入射频匹配微带线连接，所述直流馈电输入微带线、第二低通滤波器以及直流馈电输出微带线固定在第二石英基板上；

当射频输入频率介于25GHz-37.5GHz时，该组件工作在三次倍频模式；当输入频率介于37.5GHz-50GHz时，该组件工作在二次倍频模式。

进一步的技术方案在于：所述GaAs太赫兹倍频二极管包括四个肖特基二极管，分为两组，每组包含两个二极管，每组中的两个二极管串联连接，一组中的二极管的阳极与另一组中的二极管的阳极连接，一组中的二极管的阴极与第一定位接地端连接，另一组中的二极管的阴极与第二定位接地端连接。

进一步的技术方案在于：所述肖特基二极管采用外延层浓度为2e17cm^-3浓度掺杂的肖特基二极管，阳极圆形直径为6微米，结电容为30fF到40fF，电阻为2欧姆到3欧姆。

进一步的技术方案在于：所述第一传输微带线、直流馈电输入微带线以及直流馈电输出微带线为50欧姆的微带线。

进一步的技术方案在于：所述第一低通滤波器和第二低通滤波器为7阶高低阻抗微带线，用于通过输入的射频信号，同时阻止输出射频信号向输入端泄露。

进一步的技术方案在于：所述射频输出波导为矩形波导。

进一步的技术方案在于：所述第一石英基板和第二石英基板的厚度为30微米到75微米。

进一步的技术方案在于：所述第一传输微带线的另一端接射频输入K头。

进一步的技术方案在于：所述直流馈电输入微带线的另一端与SMA接头连接。

进一步的技术方案在于：所述微带线的制作材料为金，厚度为2微米-4微米。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：当输入频率小于某一频率时，该组件输出为输入射频信号的三次谐波，实现三次倍频；而当输入频率大于某一频率时，该组件输出为输入信号的二次谐波，实现二次倍频，根据输入频率的不同，使用同一个组件，既可以实现二次倍频，又可以实现三次倍频，对输入频率具有自适应性；采用石英作为电路基板，在石英电路上倒装焊GaAs基倍频二极管作为非线性倍频器件，GaAs肖特基二极管采用4阳极结同向并联肖特基二极管，肖特基二极管采用倒装焊接工艺，工艺较为简单。

附图说明

图1是本发明的原理示意图；

其中：101、第一石英基板 102、第一传输微带线 103、第一低通滤波器 104、第一石英电路 105、输入射频匹配微带线 106、第一定位接地端 107、第二定位接地端 108、GaAs太赫兹倍频二极管 109、输出射频匹配微带线 110、第二石英电路 111、射频输出过度微带线 112、射频输出波导 113、金丝跳线 114、第二石英基板 115、直流馈电输出微带线116、第二低通滤波器 117、直流馈电输入微带线。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明公开了一种频率自适应W波段信号源组件，所述组件包括第一石英基板101，所述第一传输微带线102的一端与第一低通滤波器103的一端连接，第一低通滤波器103的另一端依次经第一石英电路104、输入射频匹配微带线105、GaAs太赫兹倍频二极管108与输出射频匹配微带线109的一端连接，输出射频匹配微带线109的另一端经第二石英电路110与射频输出过度微带线111的一端连接；所述第一传输微带线102、第一低通滤波器103、第一石英电路104、输入射频匹配微带线105、GaAs太赫兹倍频二极管108、输出射频匹配微带线109、第二石英电路110以及射频输出过度微带线111固定在第一石英基板上，所述射频输出过度微带线111横跨在射频输出波导112上；

如图1所示，直流馈电输入微带线117的一端经第二低通滤波器116与直流馈电输出微带线115的一端连接，直流馈电输出微带线115的另一端通过金丝跳线113与输入射频匹配微带线105连接，所述直流馈电输入微带线117、第二低通滤波器116以及直流馈电输出微带线115固定在第二石英基板114上；

第一传输微带线 102为50欧姆的微带线，通过焊接射频绝缘子连接射频输入的K头，用于引入输入射频信号；第一低通滤波器103为7阶高低阻抗微带线，其作用是通过输入的射频信号，同时阻止输出射频信号向输入端泄露；输入射频通过第一低通滤波器103后，传输至第一石英电路104，经输入射频匹配微带线 105后，传输至GaAs太赫兹倍频二极管108，射频信号在GaAs太赫兹倍频二极管 108中产生各次非线性谐波，所述组件主要是提取产生的二次谐波和三次谐波，产生的二次和三次谐波经输出射频匹配微带线109后，传输至第二石英电路 110，经射频输出过度微带线111耦合到射频输出波导112。射频输出波导112为WM-2032矩形波导，波导a和波导b分别为2032微米和1016微米。

GaAs太赫兹倍频二极管108 为4管芯同向并联肖特基二极管，二极管等效电路如图1所示，每个方向有两个肖特基二极管，肖特基二极管中间焊盘焊接在石英基板上，二极管两焊盘分别焊接在第一定位接地端106和第二定位接地端107上，第一定位接地端106和第二定位接地端107通过导电胶焊接在腔体上，实现良好接地，焊接过程中均采用导电胶进行焊接。肖特基二极管采用倒装焊接的工艺。肖特基二极管采用外延层浓度为2e17cm^-3浓度掺杂的肖特基二极管，阳极直径6微米，结电容为30到40fF，电阻为2到3欧姆，这样的二极管可以承受较大的输入功率。

第二石英基板114、直流馈电输出微带线115、第二低通滤波器116以及直流馈电输入微带线117共同构成直流馈电装置，直流馈电输入微带线117以及直流馈电输出微带线115为50欧姆的微带线。第二低通滤波器116为7阶高低阻抗微带线，第二低通滤波器116的作用是阻止输入射频和输出射频向馈电端口泄露。直流馈电输出微带线115通过金丝跳线113与输入匹配电路部分相连接，直流馈电输入微带线117连接SMA接头，外部电压源的电压通过直流馈电装置加载至GaAs太赫兹倍频二极管108处。射频输入K头也可以采用相应频段的标准矩形波导进行输入。第一石英基板101和第二石英基板114放置在相应的波导槽中。本组件内的所述微带线的制作材料为金，厚度为一般为2微米-4微米。

石英电路的制作工艺已经十分成熟，石英基板的厚度一般为30到75微米。 当射频输入频率介于25GHz-37.5GHz时，该组件工作在三次倍频模式。当输入频率介于37.5GHz-50GHz时，该组件工作在二次倍频模式。

采用该类型的电路，在射频输入频率为33.5GHz，注入功率为50mW时，实际测试表明输出频率为101.5GHz，输出功率1mW，该组件工作在三次倍频模式；采用该类型的电路，在射频输入频率为40.5GHz，注入功率为50mW时，实际测试表明输出频率为81GHz，输出功率4mW，该组件工作在二次倍频模式；本发明所述组件，实际测试表明该组件既可以实现二次倍频，也可以实现三次倍频，同时对输入频率具有自适应性。

Claims (10)

1.一种频率自适应W波段信号源组件，其特征在于：所述组件包括第一石英基板(101)，第一传输微带线(102)的一端与第一低通滤波器(103)的一端连接，第一低通滤波器(103)的另一端依次经第一石英电路(104)、输入射频匹配微带线(105)、GaAs太赫兹倍频二极管(108)与输出射频匹配微带线(109)的一端连接，输出射频匹配微带线(109)的另一端经第二石英电路(110)与射频输出过度微带线(111)的一端连接，所述第一传输微带线(102)、第一低通滤波器(103)、第一石英电路(104)、输入射频匹配微带线(105)、GaAs太赫兹倍频二极管(108)、输出射频匹配微带线(109)、第二石英电路(110)以及射频输出过度微带线(111)固定在第一石英基板上，所述射频输出过度微带线(111)横跨在射频输出波导(112)上；

直流馈电输入微带线(117)的一端经第二低通滤波器(116)与直流馈电输出微带线(115)的一端连接，直流馈电输出微带线(115)的另一端通过金丝跳线(113)与输入射频匹配微带线(105)连接，所述直流馈电输入微带线(117)、第二低通滤波器(116)以及直流馈电输出微带线(115)固定在第二石英基板(114)上；

当射频输入频率介于25GHz-37.5GHz时，该组件工作在三次倍频模式；当输入频率介于37.5GHz-50GHz时，该组件工作在二次倍频模式；

在射频输入频率为33.5GHz，注入功率为50mW时，输出频率为101.5GHz，输出功率1mW，该组件工作在三次倍频模式；在射频输入频率为40.5GHz，注入功率为50mW时，输出频率为81GHz，输出功率4mW，该组件工作在二次倍频模式。

2.根据权利要求1所述的频率自适应W波段信号源组件，其特征在于：所述GaAs太赫兹倍频二极管(108)包括四个肖特基二极管，分为两组，每组包含两个二极管，每组中的两个二极管串联连接，一组中的二极管的阳极与另一组中的二极管的阳极连接，一组中的二极管的阴极与第一定位接地端(106)连接，另一组中的二极管的阴极与第二定位接地端(107)连接。

3.根据权利要求2所述的频率自适应W波段信号源组件，其特征在于：所述肖特基二极管采用外延层浓度为2e17cm^-3浓度掺杂的肖特基二极管，阳极圆形直径为6微米，结电容为30fF到40fF，电阻为2欧姆到3欧姆。

4.根据权利要求1所述的频率自适应W波段信号源组件，其特征在于：所述第一传输微带线(102)、直流馈电输入微带线(117)以及直流馈电输出微带线(115)为50欧姆的微带线。

5.根据权利要求1所述的频率自适应W波段信号源组件，其特征在于：所述第一低通滤波器(103)和第二低通滤波器(116)为7阶高低阻抗微带线，用于通过输入的射频信号，同时阻止输出射频信号向输入端泄露。

6.根据权利要求1所述的频率自适应W波段信号源组件，其特征在于：所述射频输出波导(112)为矩形波导。

7.根据权利要求1所述的频率自适应W波段信号源组件，其特征在于：所述第一石英基板(101)和第二石英基板(114)的厚度为30微米到75微米。

8.根据权利要求1所述的频率自适应W波段信号源组件，其特征在于：所述第一传输微带线(102)的另一端接射频输入K头。

9.根据权利要求1所述的频率自适应W波段信号源组件，其特征在于：所述直流馈电输入微带线(117)的另一端与SMA接头连接。

10.根据权利要求1所述的频率自适应W波段信号源组件，其特征在于：所述微带线的制作材料为金，厚度为2微米-4微米。