CN105763222B - 一种应用于ook太赫兹高速通信的检波器电路及结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于OOK太赫兹高速通信的检波器电路及结构，其包括有集成直流接地的波导‑微带过渡结构、二极管、低通滤波器以及SMA接头，还包括位于外部的宽带Bias‑Tee和宽带视频低噪声放大器；本发明的工作原理为：首先受OOK基带信号调制的输入射频信号注入，经波导‑微带过渡结构转换；转换后的射频信号经检波，得到包含射频及其谐波频率成分和视频信号的混合信号；然后混合信号通过低通滤波，得到检波信号；最后由SMA接头输出视频信号；本发明可利用外加Bias‑Tee进行偏置，形成回路，还可省略输入匹配电路，减少了整体电路的长度，降低了传输线损耗，同时具有较高检波效率。

Description

一种应用于OOK太赫兹高速通信的检波器电路及结构
技术领域
本发明涉及太赫兹电路单元领域，特别是一种应用于OOK太赫兹高速通信的检波器电路及结构。
背景技术
目前主要的肖特基二极管检波器的两种结构是波导式检波器和准光式的检波器，其中如图1所示，准光式检波器由于没有波导限制，具有超宽带特性，能够覆盖从0到几个THz的频带范围，并且能够小型化集成化；但是准光检波器具有较低的灵敏度，并且由于宽带平面天线的增益很难和波导类天线比拟，所以在太赫兹无线通信的应用中受到限制。另外，目前的波导式检波器频段到达300GHz以上的还较少，国内报道的检波器主要是以W波段为主，并且没有明确的应用场景。受太赫兹高速OOK（开-关调制）无线通信系统的要求，波导式检波器就必须具备高响应灵敏度，宽带、低噪声等性能，这对检波器的设计上就有不同的要求。
通常的波导式检波器的电路结构如图2所示，输入波导微带过渡结构、DC偏置结构、输入匹配电路、二极管、输出匹配电路、低通滤波器以及输出SMA（小型射频同轴连接器）接头。上述结构的缺陷主要在于，输入端的偏置结构会极大减少带宽，并且在实际电路基片装配时容易引入额外的误差，偏置接地处的金丝跳线的装配误差还可能导致整个结构的输出阻抗变化，以致于检波器中的匹配电路效果变差，从而降低检波效率。另外，由于在太赫兹波段传输线的损耗相当大，主体电路结构的路径损耗和电路的长度是成正比的。而输入输出匹配电路会极大地增加电路基片的长度，会造成更多的路径损耗，使得匹配的意义不大； 并且该输入匹配结构的功能不具有不可取代性, 阻抗的匹配还可以通过直接调节转换结构的阻抗来实现。
发明内容
本发明提出了一种应用于太赫兹高速OOK通信的零偏置检波器结构，可有效克服上述技术问题，具有宽带和快速响应的能力；在传统电路结构上进行改进，通过使用波导微带转换结构同时实现直流接地和阻抗匹配的功能，以减少结构尺寸，降低损耗，提高检波效率；并在检波器SMA头输出端级联外部宽带视频低噪声放大器，以适应太赫兹高速OOK无线通信的需求。
本发明的技术方案如下：
一种应用于太赫兹高速OOK通信的零偏置检波器结构，其特征在于：包括有集成直流接地的波导微带过渡结构、二极管、低通滤波器以及SMA接头，还包括有位于外部的宽带Bias-Tee和宽带视频低噪声放大器；
所述波导微带过渡结构短截面输入端连接输入短截面，波导微带过渡结构的波导输入端输入波导，波导微带过渡结构的接地端接地，所述波导微带过渡结构的输出端与二极管通过微带线一相连接，二极管后端则接低通滤波器，最后通过微带线二由SMA接头输出检测信号。
所述微带线二为金丝跳线。
所述SMA接头通过宽带Bias-Tee与宽带视频低噪声放大器连接，实现中频放大。
所述零偏置检波器结构的工作原理为：
首先，受OOK基带信号调制输入的射频信号由波导注入，模式为波导的TE10模；然后经波导微带过渡结构转换后，将波导TE10模的信号转化为微带的准TEM模信号；所述射频信号在微带线一上传播，经阻抗匹配后直接由二极管的非线性进行检波，得到包含射频及其谐波频率成分和视频信号的混合信号；随后，混合信号通过CMRC（紧凑型微带谐振单元）高带外抑制低通滤波器进行低通滤波，将高频信号（对应受OOK信号调制的射频信号）反射，可以得到所需的检波信号；最后由SMA接头输出视频信号，视频信号被外部视频放大器放大后，由后端数字设备进行采集处理。
本发明的有益效果如下：
本发明的波导-微带过渡能够实现较宽的带宽，并且在实际工作时可以在输出SMA头利用外加的Bias-Tee进行偏置，形成回路；另外通过调节转换结构微带端口的输出阻抗可以实现较宽范围的阻抗匹配，从而省略掉输入匹配电路，减少整体电路的长度，降低了传输线损耗；另外，采用了一种高带外抑制的CMRC低通滤波器以阻挡射频信号的传输，将之反射回二极管进行充分作用，并提取相应的视频信号，提高检波效率，最后由SMA头耦合输出。
附图说明
图1为现有的准光式检波器结构示意图；
图2为现有的波导式检波器的通用结构示意图；
图3为本发明的波导式检波器的通用结构示意图；
图4为本发明的波导式检波器的实际电路结构剖面示意图；
图5为本发明的波导式检波器的实际电路结构示意图；
图6为本发明的波导式检波器的检波灵敏度示意图；
图7为本发明的波导式检波器的NEP示意图。
具体实施方式
如图3所示，一种应用于太赫兹高速OOK通信的零偏置检波器结构，包括有集成直流接地的波导-微带过渡结构、二极管、低通滤波器以及SMA接头，还包括有位于外部的宽带Bias-Tee和宽带视频低噪声放大器。波导微带过渡结构与二极管通过微带线一连接，二极管后端则接低通滤波器，最后通过微带线二由SMA接头输出检测信号。其中，SMA头通过Bias-Tee与宽带视频放大器连接，实现中频放大。
所述微带线二为金丝跳线。
所述零偏置检波器结构的工作原理为：
首先，受OOK基带信号调制的输入射频信号由WR2.8波导注入，模式为波导的TE10模；然后经波导-微带过渡结构转换后，将波导TE10模的信号转化为微带的准TEM模信号；射频信号在微带线一上传播，经阻抗匹配后直接由二极管的非线性进行检波，得到包含射频及其谐波频率成分和视频信号的混合信号；随后，混合信号通过CMRC高带外抑制LPF进行低通滤波，将高频信号（对应受OOK信号调制的射频信号）反射，可以得到所需的检波信号；最后由SMA接头输出视频信号，视频信号被外部视频放大器放大后，由后端数字设备进行采集处理。
对比采用图2所示的传统结构设计的340GHz检波器，和如图3所示的本发明的检波器结构，在实现输入阻抗优良匹配的前提下，两种结构电路基片的总长度分别为：3.21mm和2.16mm，具体结构如图4-5所示，可见本发明结构极大地缩短了电路基片的长度，使检波器电路结构更加紧凑，也因此能够极大地减少了传输损耗，参看图6-7所示，可以看出本发明明显提高了检波效率和灵敏度；另外，带接地端口的波导微带结构能够增加设计和实际装配的一致性，减少图2所示传统结构中因为金丝跳线和编制段加载所引入的人工误差，进而保证检波器的可靠性。

Claims (4)

1.一种应用于太赫兹高速OOK通信的零偏置检波器结构，其特征在于：包括有集成直流接地的带E面探针的波导微带过渡结构、二极管、低通滤波器以及SMA接头，还包括有位于外部的宽带Bias-Tee和宽带视频低噪声放大器；所述波导微带过渡结构的短截面输入端连接输入短截面，波导微带过渡结构的波导输入端输入波导，波导微带过渡结构的接地端接地，所述波导微带过渡结构的输出端与二极管通过微带线一相连接，二极管后端则接低通滤波器，最后通过微带线二由SMA接头输出检测信号。
2.根据权利要求1所述的一种应用于太赫兹高速OOK通信的零偏置检波器结构，其特征在于：所述微带线二为金丝跳线。
3.根据权利要求1所述的一种应用于太赫兹高速OOK通信的零偏置检波器结构，其特征在于：所述SMA接头通过宽带Bias-Tee与宽带视频低噪声放大器连接，实现中频放大。
4.根据权利要求1所述的一种应用于太赫兹高速OOK通信的零偏置检波器结构，其特征在于工作原理为：
首先，受OOK基带信号调制输入的射频信号由波导注入，模式为波导的TE10模；
然后，经波导微带过渡结构转换后，将波导TE10模的信号转化为微带的准TEM模信号；所述射频信号在微带线一上传播，经阻抗匹配后直接由二极管的非线性进行检波，得到包含射频及其谐波频率成分和视频信号的混合信号；
随后，混合信号通过紧凑型微带谐振单元高带外抑制低通滤波器进行低通滤波，将高频信号反射，得到所需的检波信号；
最后，由SMA接头输出视频信号，视频信号被外部视频放大器放大后，由后端数字设备进行采集处理。
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