CN105390783A - 一种适用于太赫兹波段的镜频抑制混频器结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太赫兹器件技术领域，提供一种适用于太赫兹波段的镜频抑制混频器结构，包括E面矩形波导田字形分支线电桥3dB定向耦合器、微带波导双探针、两个混频器以及功率合成器；射频信号经过E面矩形波导田字形分支线电桥3dB定向耦合器产生等幅且90度相差的两路射频信号，分别输入到两路混频器中；本振信号经过微带波导双探针产生等幅同相两路信号，分别输入到两路混频器中；两路混频器中频输出信号经功率合成器功率合成后输出；所述功率合成器任一输入端前端设置90度移相器，使其对应的一路混频器中频输出信号产生90度移相器，从而使两路混频器中频输出信号同相叠加输出。本发明提供镜频抑制混频器结构结构简单、适用于太赫兹波段。
Description
技术领域
本发明属于太赫兹器件技术领域，涉及镜频抑制混频器，具体为一种适用于太赫兹波段的镜频抑制混频器结构。
背景技术
THz波是指频率在0.1～10THz(波长为0.03mm～3mm)范围内的电磁波，它的长波段与微波毫米波相重合，短波段与红外线相重合，其在电磁波频谱中的特殊位置决定了其兼具微波毫米波和光波的部分优点，即波速定向性更强、分辨率更高、信息容量更大等优点。因此，太赫兹波被广泛应用于雷达通信、物体成像、环境监测等众多领域。
在太赫兹通信、雷达、电子对抗等应用系统中，主要通过混频器来实现对太赫兹信号的频率变换，因此，其性能指标很大程度上决定了整个系统的性能。一般地在太赫兹系统中，混频器是单边带工作的，镜频信号的存在必然会影响混频器的性能，镜频上可能存在的干扰信号也会引起接收机的虚假响应，因此，设计一款镜频抑制混频器尤为必要。目前国内在太赫兹频段混频器的设计主要倾向于分谐波混频器的设计，而没有涉及到对镜频信号抑制的混频器。
对镜频的抑制通常采用在混频器的输入端加镜频抑制滤波器的方法，然而在太赫兹频段，射频信号频率远远大于中频信号频率，采用该方法，则需要所涉及的滤波器的中心频率很高且带宽很窄，大大增加了滤波器的设计难度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的上述问题，提供一种适用于太赫兹波段，能够抑制镜频信号的镜频抑制混频器结构。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种适用于太赫兹波段的镜频抑制混频器结构，包括E面矩形波导田字形分支线电桥3dB定向耦合器、微带波导双探针、两个混频器以及功率合成器；其特征在于，射频信号经过E面矩形波导田字形分支线电桥3dB定向耦合器产生等幅且90度相差的两路射频信号，分别输入到两路混频器中；本振信号经过微带波导双探针产生等幅同相两路信号，分别输入到两路混频器中；两路混频器中频输出信号经功率合成器功率合成后输出；所述功率合成器任一输入端前端设置90度移相器，使其对应的一路混频器中频输出信号产生90度移相器，从而使两路混频器中频输出信号同相叠加输出。
进一步的，所述微带波导双探针中两个微带探针中心线与矩形波导短路面的间距分别为目标频率的四分之一波导波长和四分之五波导波长。
进一步的,所述混频器混频电路采用悬置微带电路，且基片采用石英基片。
进一步的，所述功率合成器电路采用微带电路，且介质基片采用复合介质基片。
进一步的，所述混频器采用谐波混频器，将本振降为基本频率的1/2或者1/4甚至更低。
进一步的，所述混频器的射频输入和本振输入所采用的矩形波导前端设有减宽部分。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用平衡式镜频抑制混频器，射频信号90度相差等分输入，本振信号等分同相输入，中频输出部分采用90度移相器和合成器，实现对中频信号的同相叠加，镜频信号反向抵消；(2)本发明射频输入部分采用波导分支电桥，可满足在太赫兹频段对射频信号进行功率平分且90度相移；(3)本发明本振输入采用一种微带波导双探针过渡结构，既实现了本振信号等分同相的输入，又减小了整个电路的尺寸以及复杂度；(4)本发明采用谐波混频器，降低了对本振源的需求；(5)本发明射频信号和本振信号通过矩形波导输入时，在其前端设置减宽部分以保证信号的单模输出；(6)本发明所涉及的混频器混频电路部分采用悬置微带结构，悬置微带因其损耗小，低色散，便于集成，相比其他传输线更适合用于太赫兹频段固态器件设计；本发明的混频器混频电路部分采用介质损耗较低的石英作为介质基片，有利于太赫兹频段结构的加工精度；(7)本发明所涉及的中频输出频段较低，已不再属于太赫兹频段，因此电路传输线选择微带结构，基片采用复合介质基片，降低加工成本和加工复杂度；(8)本发明的混频器整体电路采用石英基片和复合介质基片拼接，且实际加工中石英基片和复合介质基片通过金丝跳线拼接，既满足了设计指标的需求，又避免了实际中因石英基片过长，质脆易碎，易和导电胶脱落等现象的发生；(9)本发明的适用于太赫兹频段的镜频抑制混频器结构结构简单、使用方便、便于推广。
附图说明
图1为本发明的镜频抑制混频器的原理示意图；
图2为本发明的镜频抑制混频器整体结构示意图；
图3为本发明的镜频抑制混频器微带电路结构示意图；
图4为本发明的镜频抑制混频器射频信号输入采用的波导分支电桥示意图；
图5为本发明的镜频抑制混频器本振信号输入采用的波导双探针过渡结构示意图；
图6为本发明的镜频抑制混频器混频链路结构示意图；
图7为本发明的镜频抑制混频器中频链路结构示意图；
图8为本发明的镜频抑制混频器中频输出合成微带电路结构示意图；
其中，1为射频信号输入端口，2、3为矩形波导，4、5为减高波导，6为本振信号输入端口，7、8为中频输出链路，9为输出端口，10为二极管，11为高低阻抗线，12、13为探针中心线，14为矩形波导短路面。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明的镜频抑制混频器的原理图，利用两路混频的幅度和相位的平衡对镜频进行抑制。其中射频信号等幅90度相差输入到两路混频器中，本振信号等幅同相输入到两混频器中，两路中频输出端中频通过90度合路器合并输出，此时镜频信号反相抵消。图2、图3为本实施例中的镜频抑制混频器结构，主要由射频输入，本振输入，中频输出以及传输信号的微带电路组成。射频信号通过端口1输入，经过图4所示的波导分支电桥，将信号等幅90度相差的分配到两路电路中，分配后的信号分别通过图2所示的矩形波导2、3，以及采用的减高波导4、5过渡到悬置微带电路中。本振信号通过图2所示的端口6输入，经图5所示的双探针过渡结构等幅同相的输入到两路信号中。两路本振信号输入后分别与各路射频信号进行混频，通过如图6所示的悬置微带电路，其中，二极管10倒装悬置在微带电路中，11为抑制射频信号的滤波器所采用的高低阻抗线，图6所示的该部分的电路结构采用悬置微带电路，基片采用石英基片。两路信号混频后经图7所示的中频链路7、8输出中频，所述的该部分电路结构采用微带电路，基片采用石英基片。两路中频输出信号经图8所示的功率合成器功率合成后最终通过图2所示的端口9叠加输出。图8所示的功率合成器，该部分电路结构采用微带电路，基片采用复合介质基片，该功率合成器前端设有一90度移相器，使得其中一路中频信号产生90度相移。
本发明射频输入部分采用的如图4所示田字形波导分支电桥，通过改变分支线波导之间横向间距和波导之间的纵向间距来控制信号的幅度和相位的分配。
本发明本振输入部分采用的如图5所示的双探针过渡结构，通过调节图3所示的微带探针中心线12、13到短路面14的距离控制本振信号的分配，一般地，需信号等幅同相的输入，则需两探针至短路面的距离差为工作波长的整数倍。
本发明混频链路部分电路结构采用悬置微带电路，基片采用石英基片，中频输出链路采用微带电路，基片采用石英基片，而中频合成链路部分则采用微带电路结构，基片采用复合介质基片。实际加工中石英基片到复合介质基片的连结通过金丝跳线完成。不同链路基片以及电路结构的选择，既满足了设计指标的需求，又节约成本，也避免了因石英基片过长，导致器件保存过程中易脱落，折断等不利结果的发生。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种适用于太赫兹波段的镜频抑制混频器结构，包括E面矩形波导田字形分支线电桥3dB定向耦合器、微带波导双探针、两个混频器以及功率合成器；其特征在于，射频信号经过E面矩形波导田字形分支线电桥3dB定向耦合器产生等幅且90度相差的两路射频信号，分别输入到两路混频器中；本振信号经过微带波导双探针产生等幅同相两路信号，分别输入到两路混频器中；两路混频器中频输出信号经功率合成器功率合成后输出；所述功率合成器任一输入端前端设置90度移相器，使其对应的一路混频器中频输出信号产生90度移相器，从而使两路混频器中频输出信号同相叠加输出。
2.按权利要求1所述适用于太赫兹波段的镜频抑制混频器结构，其特征在于，所述微带波导双探针中两个微带探针中心线与矩形波导短路面的间距分别为目标频率的四分之一波导波长和四分之五波导波长。
3.按权利要求1所述适用于太赫兹波段的镜频抑制混频器结构，其特征在于，所述混频器采用谐波混频器。
4.按权利要求1所述适用于太赫兹波段的镜频抑制混频器结构，其特征在于，所述混频器混频电路采用悬置微带电路，且基片采用石英基片。
5.按权利要求1所述适用于太赫兹波段的镜频抑制混频器结构，其特征在于，所述功率合成器电路采用微带电路，且介质基片采用复合介质基片。
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