CN105207625B - 一种宽频带太赫兹谐波混频器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽频带太赫兹谐波混频器，包括空腔结构、射频波导、本振波导，空腔结构横穿射频波导和本振波导，在空腔结构内设置有石英基片，在石英基片的正表面设置有去除砷化镓衬底的肖特基二极管对，肖特基二极管对包括2个对称的二极管，2个二极管的正面均具有金属阳极，2个二极管分别为二极管A和二极管B，还包括设置在石英基片上的前端电路和后端电路，其中，二极管A的金属阳极的正面设置有金丝A，金丝A与前端电路连接，二极管B的金属阳极的正面设置有金丝B，金丝B与后端电路连接。

Description

一种宽频带太赫兹谐波混频器

技术领域

本发明涉及固态太赫兹技术，具体涉及一种宽频带太赫兹谐波混频器。

背景技术

在固态太赫兹领域中，研制出合格的谐波混频器是研究通信系统的基础。伴随着太赫兹通信技术的不断发展，太赫兹谐波混频器在不断地往更高的频段发展。在高频频段，承载电路的石英基片和放置电路的腔体都会变得很小，导致加工精度、装配难度逐渐提高。现有的具有砷化镓衬底的倒贴二极管对已无法满足高频段谐波混频器宽频带的设计需求。在传统的倒贴型二极管对电路中，二极管对加工在一个砷化镓衬底上，然后倒贴在混频电路中实现二极管电路的装配。但是在更高的频段，比如664GHz甚至更高的频段时，砷化镓衬底将会在腔体内会引起谐振，使混频器出现传输零点，造成在某些频点处变频损耗变得极差，从而限制了宽频带的设计。同时，倒贴型二极管在装配的时候需要人工显微镜下用导电胶粘在混频器电路上，人工装配会引起二极管的移位，这将会严重影响混频器的性能。而且导电胶的厚度也会对电路的性能产生影响。

近年来，太赫兹技术作为重要的研究领域，在国内外已经受到越来越广泛的关注。无论太赫兹波应用于哪个方面以及哪个频段，都离不开对太赫兹波的接收，对于最为常用的基于超外差体制的接收机来说，实现频率下变频作用的混频器是其中的一个关键部件。在固态太赫兹雷达和通信等系统中，由于缺少低噪声放大器，混频器就成为了接收端的第一级，它的指标直接影响着整体系统的性能。由于同频段高性能本振源实现难度大，采用分谐波混频技术是解决此问题的有效途径。在仅有的几类可工作于太赫兹频段的混频器中，只有基于平面肖特基二极管的太赫兹分谐波混频器可工作于室温，无需提供如液氦等以实现苛刻的低温环境。

从太赫兹波的大气传输特性中可以看出，在183GHz, 320GHz, 380GHz, 664GHz附近存在水分子吸收窗口，是用来探测大气湿度轮廓线的关键频段，因而针对这些频段的研究非常重要。在太赫兹通信与雷达系统中，由于低噪声放大器实现较为困难，混频器变成了接收系统的第一级，所以混频器性能的好坏直接关系到整个接收机系统的性能。同时由于振荡源的实现比较困难，通常采用降低本振频率为其原来的一半即分谐波混频器来实现。目前基于平面封装的GaAs肖特基二极管的太赫兹分谐波混频器主要采用微带线的主流电路结构，无源电路由射频端口过渡、本振低通滤波器、本振中频双工（包括本振端口过渡和中频低通滤波器）两部分组成。在射频过渡端通过微带线和下腔体充分接触实现射频和直流的接地。射频和本振信号分别从各自端口馈入，经过渡到微带线并经相应匹配网络后加载到混频二极管上，由于本振信号频率低于射频端口波导截止频率，所以本振信号不会从射频端口处泄漏，而射频信号由于本振低通滤波器（通本振频率、阻射频频率）的存在而不会从本振端口泄漏，从而实现这两个端口间的隔离；混频产生的中频信号从本振双工器通过一个微带低通滤波器输出。其中二极管对采用倒贴的方式用导电胶粘在射频过渡和本振低通滤波器之间，倒贴二极管对能很好的实现太赫兹低频段的混频器设计，但当频率进一步提升，用倒贴型二极管对设计混频器已无法满足宽频带的设计需求，在比较高的太赫兹频段，比如664GHz甚至更高时，砷化镓衬底将会在腔体内会引起谐振，使混频器出现传输零点，造成在某些频点处变频损耗变得极差限制了宽频带的设计。在频率非常高的时候由于肖特基二极管的尺寸非常小其倒装焊接在石英基片上需要比较高超的人工工艺，由于是在显微镜下进行的操作人工焊接的精度与设计精度不能保持一致且具有不确定性，人工装配引起的误差将会严重影响混频器的性能。而且导电胶的厚度也会对电路的性能产生影响。因此将二极管对直接正面的加工在石英基片上，然后通过金带与外围电路连接可以很好的解决上述问题。这样去掉了普通倒贴型二极管对中的砷化镓基片，减小了二极管本身引入的高频谐振。提高了电路的集成度，减少人工装配步骤，降低装配对混频器性能的影响。

通过查证现今存在的二极管正面设置的太赫兹混频器电路有：专利号为：CN201410401569的用于太赫兹混频器的新型混合集成电路。

专利号为：CN201410401569的用于太赫兹混频器的新型混合集成电路描述了一种肖特基二极管正面设置的太赫兹混频电路，在该专利中将混频电路分为了第一石英基板电路和中间GaAs基板电路（就是传统的二极管对）和第二石英基板电路，GaAs基板电路包括GaAs基板和设置在GaAs基板上的GaAs太赫兹肖特基二级管组成，然后采用GaAs基的微带线或悬置带线焊接在二级管的焊盘两端，其中的二极管单独作为一部分加工在砷化镓基片上，其余两部分电路用石英做基片。在该专利中由于三部分电路的基片厚度不一致，为了保证表面高度的一致，需要对混频器的承载空气腔做复杂设计，增加了腔体加工的难度，这会引起不必要的误差。

单片集成的太赫兹混频电路通常采用5μm到15μm厚度的GaAs材料作为衬底，肖特基混频二极管直接在衬底基片上生成并与砷化镓基片上的微带线直接相连，其中二极管结构也正面向上，集成度比较高，需要人工装配的步骤很少。但是单片集成电路中由于砷化镓（GaAs）材料的介电常数比较高、正切角比较大，在太赫兹高频段时损耗较大，且由于单片集成技术中用的砷化镓基片的厚度比较小，造成承载电路的空气腔的高度也会很小，只有砷化镓衬底的3-4倍，因此加工起来比较困难且精度比较差。

发明内容

本发明所的目的在于提供一种宽频带太赫兹谐波混频器，解决传统倒贴型二极管对无法满足太赫兹高频段宽频带设计需求的问题，解决了人工装配二极管的移位问题，去掉了砷化镓衬底，达到了宽频带的设计目的。

本发明的通过下述技术方案实现：

一种宽频带太赫兹谐波混频器，包括空腔结构、射频波导、本振波导，空腔结构横穿射频波导和本振波导，在空腔结构内设置有石英基片，在石英基片的正表面设置有去除砷化镓衬底的肖特基二极管对，肖特基二极管对包括2个对称的二极管，2个二极管的正面均具有金属阳极，2个二极管分别为二极管A和二极管B，还包括设置在石英基片上的前端电路和后端电路，其中，二极管A的金属阳极的正面设置有金丝A，金丝A与前端电路连接，二极管B的金属阳极的正面设置有金丝B，金丝B与后端电路连接。

本发明的设计原理为：现有技术中，倒贴二极管的砷化镓衬底会在太赫兹高频段引入谐振点，使混频器宽频带设计变得困难，且倒贴型二极管对的装配引起的误差在高频段显得更加严重，且人工装配倒贴型二极管对产生的移位在高频段对性的影响更加严重。

而本发明的设计为：本发明采用正贴去除砷化镓衬底的肖特基二极管对，然后采用金丝将肖特基二极管对的正面的金属阳极与前端电路和后端电路连接，将前端电路和后端电路以及肖特基二极管对集成在一个石英基片上，利用去掉去除砷化镓衬底的肖特基二极管对代替传统的倒贴型太赫兹肖特基二级管，以前谐波混频器必须用两个二极管。将二极管对直接加工在石英基片上，去掉砷化镓衬底，提高电路的集成度，减少人工装配步骤，降低装配误差对混频器性能的影响。且将肖特基二极管正面加工在电路基片上，能使二极管精准的加工在所设计的电路位置上，省去了人工粘贴二极管的步骤，消除了因人工装配造成的二极管位移引起的混频误差，提高二极管加工精度，使混频器的测试结果与设计结构保持一致。专利号为：CN201410401569，用于太赫兹混频器的新型混合集成电路描述了一种肖特基二极管正面设置的太赫兹混频电路，在该专利中将混频电路分为了第一石英基板电路和中间GaAs基板电路（就是传统的二极管对）和第二石英基板电路，GaAs基板电路包括GaAs基板和设置在GaAs基板上的GaAs太赫兹肖特基二级管组成，然后采用GaAs基的微带线或悬置带线焊接在二级管的焊盘两端，其中的二极管单独作为一部分加工在砷化镓基片上，其余两部分电路用石英做基片。在该专利中由于三部分电路的基片厚度不一致，为了保证表面高度的一致，需要对混频器的承载空气腔做复杂设计，增加了腔体加工的难度，这会引起不必要的误差。相比该专利中的混频电路，本发明中的混频电路只有一个石英基片，混频电路作为一个整体放置在承载空气腔中不需要对空气腔进行比较复杂的设计加工，与该专利相比，本发明的集成度更高一些，去除了不同电路之间连接的人工装配环节，提高了加工的精确度。

单片集成的太赫兹混频电路通常采用5μm到15μm厚度的GaAs材料作为衬底，肖特基混频二极管直接在衬底基片上生成并与砷化镓基片上的微带线直接相连，其中二极管结构也正面向上，集成度比较高，需要人工装配的步骤很少。但是单片集成电路中由于砷化镓（GaAs）材料的介电常数比较高、正切角比较大，在太赫兹高频段时损耗较大，且由于单片集成技术中用的砷化镓基片的厚度比较小，造成承载电路的空气腔的高度也会很小，只有砷化镓衬底的3-4倍，因此加工起来比较困难且精度比较差。相比单片集成技术，本发明中的太赫兹混频电路采用50μm的石英作为电路基片，石英材料的介电常数比较小在太赫兹高频段损耗比较小，相比单片集成技术所需的空气腔要高是其的5-6倍，加工简单，对加工精度的要求低。

本发明采用分谐波混频构建太赫兹混频电路，使所需的本振源为射频频率的一半，降低了本振源的实现难度。本发明中采用射频端接地的方式，去掉了横向的接地电路使整体电路可以加工在一个石英基片上，提高了集成度。

优选的，石英基片的厚度可以为50um。

优选的，射频波导为标准波导WR-1.5，标准波导WR-1.5作为射频输入端输入射频信号。

优选的，本振波导为标准波导WR-2.8，标准波导WR-2.8作为本振输入端输入本振信号。

优选的，还包括设置在空腔结构内的直流地，石英基片的正面与直流地的正面齐平，在石英基片的正表面设置有依次顺连的直流地微带、过渡微带A、射频匹配枝节，直流地微带、过渡微带A、射频匹配枝节组成前端电路，其中，直流地微带与直流地的正面连接，金丝A连接在射频匹配枝节正面。

其中直流地微带设置在射频波导中代替金丝的方式实现整体电路接地，直流地微带可为因肖特基二极管对不对称性引起的非平衡电流提供回路。

所述过渡微带A采用微带线M和微带线N连接构成，微带线M与直流地微带连接，微带线N与射频匹配枝节连接，其中微带线M的宽度小于微带线N的宽度，所述宽度为沿Y方向的尺寸，射频波导指向本振波导的方向为X方向，Y方向与X方向垂直，石英基片的长度方向为X方向。

前端电路的过渡微带A横穿射频波导。过渡微带的作用是使能量从波导过渡到微带线上。

在石英基片的正表面设置有依次顺连的本振匹配枝节、本振低通滤波器、过渡微带B、中频低通滤波器、中频输出端口；本振匹配枝节、本振低通滤波器、过渡微带B、中频低通滤波器、中频输出端口组成后端电路；金丝A连接在本振匹配枝节正面。

所述过渡微带B采用微带线O、微带线P、微带线Q依次连接构成，微带线O与本振低通滤波器连接，微带线Q与中频低通滤波器连接，其中微带线O的宽度大于微带线P的宽度，微带线P的宽度小于微带线Q的宽度，所述宽度为沿Y方向的尺寸，射频波导指向本振波导的方向为X方向，Y方向与X方向垂直，石英基片的长度方向为X方向。

其中射频匹配枝节和本振匹配枝节作为阻抗匹配网络对肖特基二极管对电路进行匹配使能量更好的传输；其中肖特基二极管对直接正面加工在石英基片上，肖特基二极管对通过金丝与射频匹配支节和本振匹配支节相连；其中肖特基二极管对相对于倒贴型二极管对去掉了砷化镓衬底，减小了肖特基二极管对带来的影响，提高了整体电路的集成度；其中本振低通滤波器、本振波导、中频低通滤波器一起构成本振双工器实现本振信号的输入与中频信号的输出；其中本振低通滤波器和中频低通滤波器都是CMRC低通滤波器或双T型枝节低通滤波器，CMRC低通滤波器或双T型枝节低通滤波器的使用可以减小石英基片的横向长度；其中中频输入端可以用50欧姆微带阻抗线实现；其中石英基板放置在腔体中并与腔体壁有5um的间距；其中射频和本振信号分别从各自端口馈入，经过渡结构到微带传输线并经相应匹配网络后加载到混频二极管上；其中二极管混频产生的中频信号经本振双工器后由中频输出端口输出；其中由于本振信号频率低于射频端口波导截止频率，所以本振信号不会从射频端口处泄漏；其中射频信号由于本振低通滤波器（通本振频率、阻射频频率）的存在而不会从本振端口泄漏，从而实现这两个端口间的隔离；其中射频和本振信号可以在混频管处循环利用使混频产生的中频信号能量足够大；其中射频过渡和本振波导中的减高处理可以调节阻抗匹配实现射频信号和本振信号的更好馈入。

后端电路的过渡微带B横穿本振波导。

优选的，本发明中采用CMRC低通滤波器或双T型枝节低通滤波器代替常用的高低阻线低通滤波器，减小了电路的整体尺寸，且CMRC低通滤波器或双T型枝节低通滤波器在太赫兹高频频段设计个加工更加简单方便。

因此，本振低通滤波器为CMRC低通滤波器或双T型枝节低通滤波器。

因此，所述中频低通滤波器为CMRC低通滤波器或双T型枝节低通滤波器。

优选的，二极管A和二极管B都包括掺杂砷化镓体、二氧化硅体，二氧化硅体设置在掺杂砷化镓体的正上方，金属阳极贯穿二氧化硅体与掺杂砷化镓体连接，金属阳极的表面高度高于二氧化硅体，掺杂砷化镓体的底面与石英基片连接，金属阳极还连接有空气桥，二极管A上的金属阳极连接的空气桥为空气桥A，二极管B上的金属阳极连接的空气桥为空气桥B，二极管A上的金属阳极通过空气桥A与二极管B的管芯相桥接，二极管B上的金属阳极通过空气桥B与二极管A的管芯相桥接，二极管A和二极管B的管芯贯穿二氧化硅体后与掺杂砷化镓体连接。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、相比现有技术本发明适用频率范围更高。该发明去掉了二极管模型中的砷化镓衬底，直接在石英基片上生成二极管，减少了电路在太赫兹高频频段产生的谐振点，可以使混频器的带宽更宽。2、相比现有技术，本发明集成度更高，装配简单。本发明将肖特基二极管对直接正面加工在石英基片上，使二极管精准的加工在所设计的电路位置上，去掉了人工粘贴二极管的步骤，消除了因人工装配造成的二极管位移引起的混频误差，提高二极管加工精度，使混频器的测试结果与设计结构保持一致。

附图说明

附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明的俯视结构图。

图2为没有去除砷化镓衬底的肖特基二极管对的结构图。

图中的附图标记分别表示为：1、直流地微带；2、射频波导；3、射频匹配枝节；4、肖特基二极管对；5、本振匹配枝节；6、本振低通滤波器；7、本振波导；8、中频低通滤波器；9、中频输出端口；10、石英基片；11、过渡微带B；12、过渡微带A；13、直流地；14、金属阳极；15、空气桥；16、砷化镓衬底；41、掺杂砷化镓体；42、二氧化硅体；43、金丝A；44、金丝B。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1和图2所示。

一种宽频带太赫兹谐波混频器，包括空腔结构、射频波导2、本振波导7，空腔结构横穿射频波导2和本振波导7，在空腔结构内设置有石英基片10，在石英基片10的正表面设置有去除砷化镓衬底16的肖特基二极管对4，肖特基二极管对4包括2个对称的二极管，2个二极管的正面均具有金属阳极14，2个二极管分别为二极管A和二极管B，还包括设置在石英基片10上的前端电路和后端电路，其中，二极管A的金属阳极14的正面设置有金丝A43，金丝A43与前端电路连接，二极管B的金属阳极14的正面设置有金丝B44，金丝B44与后端电路连接。

本发明的设计原理为：现有技术中，倒贴二极管的砷化镓衬底会在太赫兹高频段引入谐振点，使混频器宽频带设计变得困难，且倒贴型二极管对的装配引起的误差在高频段显得更加严重。

而本发明的设计为：本发明采用正贴去除砷化镓衬底16的肖特基二极管对4，然后采用金丝将肖特基二极管对4的正面的金属阳极与前端电路和后端电路连接，将前端电路和后端电路以及肖特基二极管对集成在一个石英基片10上，利用去掉去除砷化镓衬底16的肖特基二极管对4代替传统的GaAs太赫兹肖特基二级管，将原来的单个二级管替换为由2个二极管组成的肖特基二极管对。因此将二极管对直接加工在石英基片上，去掉砷化镓衬底，提高电路的集成度，减少人工装配步骤，降低装配误差对混频器性能的影响。且将肖特基二极管正面加工在电路基片上，能使二极管精准的加工在所设计的电路位置上，省去了人工粘贴二极管的步骤，消除了因人工装配造成的二极管位移引起的混频误差，提高二极管加工精度，使混频器的测试结果与设计结构保持一致。专利号为：CN201410401569，用于太赫兹混频器的新型混合集成电路描述了一种肖特基二极管正面设置的太赫兹混频电路，在该专利中将混频电路分为了第一石英基板电路和中间GaAs基板电路和第二石英基板电路，GaAs基板电路包括GaAs基板和设置在GaAs基板上的GaAs太赫兹肖特基二级管组成，然后采用GaAs基的微带线或悬置带线焊接在二级管的焊盘两端，其中的二极管单独作为一部分加工在砷化镓基片上，其余两部分电路用石英做基片。在该专利中由于三部分电路的基片厚度不一致，为了保证表面高度的一致，需要对混频器的承载空气腔做复杂设计，增加了腔体加工的难度，这会引起不必要的误差。相比该专利中的混频电路，本发明中的混频电路只有一个石英基片，混频电路作为一个整体放置在承载空气腔中不需要对空气腔进行比较复杂的设计加工，与该专利相比，本发明的集成度更高一些，去除了不同电路之间连接的人工装配环节，提高了加工的精确度。

单片集成的太赫兹混频电路通常采用5μm到15μm厚度的GaAs材料作为衬底，肖特基混频二极管直接在衬底基片上生成并与砷化镓基片上的微带线直接相连，其中二极管结构也正面向上，集成度比较高需要人工装配的步骤很少。但是单片集成电路中由于砷化镓（GaAs）材料的介电常数比较高在太赫兹高频段时损耗较大，且由于单片集成技术中用的砷化镓基片的厚度比较小，造成承载电路的空气腔的高度也会很小，只有砷化镓衬底的3-4倍，因此加工起来比较困难且精度比较差。相比单片集成技术，本发明中的太赫兹混频电路采用50μm的石英作为电路基片，石英材料的介电常数比较小在太赫兹高频段损耗比较小，相比单片集成技术所需的空气腔要高是其的5-6倍，加工简单，对加工精度的要求低。

本发明采用分谐波混频构建太赫兹混频电路，使所需的本振源为射频频率的一半，降低了本振源的实现难度。本发明中采用射频端接地的方式，去掉了横向的接地电路使整体电路可以加工在一个石英基片上，提高了集成度。

优选的，石英基片的厚度可以为50um。

优选的，射频波导为标准波导WR-1.5，标准波导WR-1.5作为射频输入端输入射频信号。

优选的，本振波导为标准波导WR-2.8，标准波导WR-2.8作为本振输入端输入本振信号。

优选的，还包括设置在空腔结构内的直流地13，石英基片10的正面与直流地的正面齐平，在石英基片10的正表面设置有依次顺连的直流地微带1、过渡微带A12、射频匹配枝节3，直流地微带1、过渡微带A12、射频匹配枝节3组成前端电路，其中，直流地微带1与直流地的正面连接，金丝A43连接在射频匹配枝节3正面。

其中直流地微带设置在射频波导中代替金丝的方式实现整体电路接地，直流地微带可为因肖特基二极管对不对称性引起的非平衡电流提供回路。

所述过渡微带A12采用微带线M和微带线N连接构成，微带线M与直流地微带1连接，微带线N与射频匹配枝节3连接，其中微带线M的宽度小于微带线N的宽度，所述宽度为沿Y方向的尺寸，射频波导2指向本振波导7的方向为X方向，Y方向与X方向垂直，石英基片10的长度方向为X方向。

前端电路的过渡微带A12横穿射频波导2。

在石英基片10的正表面设置有依次顺连的本振匹配枝节5、本振低通滤波器6、过渡微带B11、中频低通滤波器8、中频输出端口9；本振匹配枝节5、本振低通滤波器6、过渡微带B11、中频低通滤波器8、中频输出端口9组成后端电路；金丝A43连接在本振匹配枝节5正面。

所述过渡微带B11采用微带线O、微带线P、微带线Q依次连接构成，微带线O与本振低通滤波器6连接，微带线Q与中频低通滤波器8连接，其中微带线O的宽度大于微带线P的宽度，微带线P的宽度小于微带线Q的宽度，所述宽度为沿Y方向的尺寸，射频波导2指向本振波导7的方向为X方向，Y方向与X方向垂直，石英基片10的长度方向为X方向。

其中射频匹配枝节和本振匹配枝节作为阻抗匹配网络对肖特基二极管对电路进行匹配使能量更好的传输；其中肖特基二极管对直接正面加工在石英基片上，肖特基二极管对通过金丝与射频匹配支节和本振匹配支节相连；其中肖特基二极管对相对于倒贴型二极管对去掉了砷化镓衬底，减少了肖特基二极管对带来的影响，提高了整体电路的集成度；其中本振低通滤波器、本振波导、中频低通滤波器一起构成本振双工器实现本振信号的输入与中频信号的输出；其中本振低通滤波器和中频低通滤波器都是CMRC低通滤波器或双T型枝节低通滤波器，CMRC低通滤波器或双T型枝节低通滤波器的使用可以减小石英基片的横向长度；其中中频输入端可以用50欧姆微带阻抗线实现；其中石英基板放置在腔体中并与腔体壁有5um的间距；其中射频和本振信号分别从各自端口馈入，经过渡结构到微带传输线并经相应匹配网络后加载到混频二极管上；其中二极管混频产生的中频信号经本振双工器后由中频输出端口输出；其中由于本振信号频率低于射频端口波导截止频率，所以本振信号不会从射频端口处泄漏；其中射频信号由于本振低通滤波器（通本振频率、阻射频频率）的存在而不会从本振端口泄漏，从而实现这两个端口间的隔离；其中射频和本振信号可以在混频管处循环利用使混频产生的中频信号能量足够大；其中射频过渡和本振波导中的减高处理可以调节阻抗匹配实现射频信号和本振信号的更好馈入。

后端电路的过渡微带B11横穿本振波导7。

优选的，本发明中采用CMRC低通滤波器或双T型枝节低通滤波器代替常用的高低阻线低通滤波器，减小了电路的整体尺寸，且CMRC低通滤波器或双T型枝节低通滤波器在太赫兹高频频段设计和加工更加简单方便。

因此，本振低通滤波器6为CMRC低通滤波器或双T型枝节低通滤波器。

因此，所述中频低通滤波器8为CMRC低通滤波器或双T型枝节低通滤波器。

优选的，二极管A和二极管B都包括掺杂砷化镓体41、二氧化硅体42，二氧化硅体42设置在掺杂砷化镓体41的正上方，金属阳极14贯穿二氧化硅体与掺杂砷化镓体41连接，金属阳极14的表面高度高于二氧化硅体42，掺杂砷化镓体41的底面与石英基片连接，金属阳极14还连接有空气桥15，二极管A上的金属阳极14连接的空气桥15为空气桥A，二极管B上的金属阳极14连接的空气桥15为空气桥B，二极管A上的金属阳极14通过空气桥A与二极管B的管芯相桥接，二极管B上的金属阳极14通过空气桥B与二极管A的管芯相桥接，二极管A和二极管B的管芯贯穿二氧化硅体后与掺杂砷化镓体连接。

对本发明的射频波导进行试验发现，射频波导回波损耗在 500GHz～750GHz 频带内基本优于 20dB，插入损耗小于0.2dB，并且在频率高端的谐振点也至少出现在750GHz 以上。良好的过渡性能使得在较宽的频带范围内射频信号都能以较小的损耗传输到肖特基二极管对，为实现宽频带低损耗混频奠定了良好基础。

本发明中的本振双工器是由本振低通滤波器、中频低通滤波器和本振波导组成，对本振双工器测试发现，在本振 260～380GHz范围内，本振端口的回拨损耗大于12dB，且在280~380GHz范围内更是大于20dB；本振输入波导（端口 1）到本振低通滤波器输出端口（端口 2）的插损小于 0.3dB。本振输入波导（端口 1）与中频输出端口（端口 3）间的隔离大于20dB。

对本发明的混频器进行测试发现，设计的混频器在513GHz到705GHz范围内变频损耗小于10dB，具有192GHz的带宽。在带内具有最好的变频损耗点在608.5GHz处，变频损耗为7.9dB。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种宽频带太赫兹谐波混频器，其特征在于，包括空腔结构、射频波导（2）、本振波导（7），空腔结构横穿射频波导（2）和本振波导（7），在空腔结构内设置有石英基片（10），在石英基片（10）的正表面设置有去除砷化镓衬底（16）的肖特基二极管对（4），肖特基二极管对（4）包括2个对称的二极管，2个二极管的正面均具有金属阳极（14），2个二极管分别为二极管A和二极管B，还包括设置在石英基片（10）上的前端电路和后端电路，其中，二极管A的金属阳极（14）的正面设置有金丝A（43），金丝A（43）与前端电路连接，二极管B的金属阳极（14）的正面设置有金丝B（44），金丝B（44）与后端电路连接；二极管A和二极管B都包括掺杂砷化镓体（41）、二氧化硅体（42），二氧化硅体（42）设置在掺杂砷化镓体（41）的正上方，金属阳极（14）贯穿二氧化硅体与掺杂砷化镓体（41）连接，金属阳极（14）的表面高度高于二氧化硅体（42），掺杂砷化镓体（41）的底面与石英基片连接，金属阳极（14）还连接有空气桥（15），二极管A上的金属阳极（14）连接的空气桥（15）为空气桥A，二极管B上的金属阳极（14）连接的空气桥（15）为空气桥B，二极管A上的金属阳极（14）通过空气桥A与二极管B的管芯相桥接，二极管B上的金属阳极（14）通过空气桥B与二极管A的管芯相桥接，二极管A和二极管B的管芯贯穿二氧化硅体后与掺杂砷化镓体连接。

2.根据权利要求1所述的一种宽频带太赫兹谐波混频器，其特征在于，还包括设置在空腔结构内的直流地（13），石英基片（10）的正面与直流地的正面齐平，在石英基片（10）的正表面设置有依次顺连的直流地微带（1）、过渡微带A（12）、射频匹配枝节（3），直流地微带（1）、过渡微带A（12）、射频匹配枝节（3）组成前端电路，其中，直流地微带（1）与直流地的正面连接，金丝A（43）连接在射频匹配枝节（3）正面。

3.根据权利要求1或2所述的一种宽频带太赫兹谐波混频器，其特征在于，前端电路的直流地微带（1）和过渡微带A（12）横穿射频波导（2）。

4.根据权利要求1所述的一种宽频带太赫兹谐波混频器，其特征在于，在石英基片（10）的正表面设置有依次顺连的本振匹配枝节（5）、本振低通滤波器（6）、过渡微带B（11）、中频低通滤波器（8）、中频输出端口（9）；本振匹配枝节（5）、本振低通滤波器（6）、过渡微带B（11）、中频低通滤波器（8）、中频输出端口（9）组成后端电路；金丝A（43）连接在本振匹配枝节（5）正面。

5.根据权利要求4所述的一种宽频带太赫兹谐波混频器，其特征在于，所述过渡微带B（11）采用微带线O、微带线P、微带线Q依次连接构成，微带线O与本振低通滤波器（6）连接，微带线Q与中频低通滤波器（8）连接，其中微带线O的宽度、微带线P的宽度、微带线Q的宽度依次增大，所述宽度为沿Y方向的尺寸，射频波导（2）指向本振波导（7）的方向为X方向，Y方向与X方向垂直，石英基片（10）的长度方向为X方向。

6.根据权利要求1或4或5所述的一种宽频带太赫兹谐波混频器，其特征在于，后端电路的过渡微带B（11）横穿本振波导（7）。

7.根据权利要求4或5所述的一种宽频带太赫兹谐波混频器，其特征在于，所述本振低通滤波器（6）为CMRC低通滤波器或双T型枝节低通滤波器。

8.根据权利要求4或5所述的一种宽频带太赫兹谐波混频器，其特征在于，所述中频低通滤波器（8）为CMRC低通滤波器或双T型枝节低通滤波器。