CN106501609A - 一种半导体激光器超高频微波阻抗匹配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体激光器超高频微波阻抗匹配方法，先采用阻抗测试转接板对半导体激光器输入阻抗测量及计算，再基于微波阻抗匹配网络，对半导体激光器输入阻抗进行匹配，解决了集总参数阻抗匹配设计中存在的误差较大无法调整，纯微带线阻抗匹配设计实现困难、工艺复杂的问题，实现了半导体激光器超高频微波阻抗匹配。阻抗网络建立了为微带线与集总参数相结合的T形阻抗匹配网络，增加阻抗匹配网络设计的灵活性。

Description

一种半导体激光器超高频微波阻抗匹配方法
技术领域
本发明涉及CPT原子钟、原子陀螺仪、原子磁力仪及光通信等领域，尤其涉及一种半导体激光器超高频微波阻抗匹配方法。
背景技术
在CPT原子钟、原子陀螺仪、原子磁力仪及光通信等都要使用经微波信号调制后的半导体激光器，这种微波调制信号的频率一般都大于1GHz，只有当微波信号源与半导体激光器之间阻抗匹配时，微波信号才能有效地对半导体激光器进行调制。此外，半导体激光器的调制特性在很大程度上受到其工作参数的影响，当工作电流在阈值电流以上时，内阻较小，微波信号才能更有效地对半导体激光器进行调制，这一特性给半导体激光器进行阻抗匹配提出了特殊要求。
在微波阻抗匹配设计中，当信号频率小于1GHz时，常采用集总参数进行阻抗匹配网络的设计；当微波信号频率属于超高频段时，即微波信号频率大于3GHz时，阻抗匹配网络设计有其特殊性，在半导体激光器进行超高频微波阻抗匹配设计时，由于集总参数存在误差，纯微带线工艺实现困难，及半导体激光器内部器件的特性等因素的影响，单独采用集总参数或微带线的阻抗匹配设计方法，不能解决半导体激光器超高频微波阻抗匹配的问题，而集总参数元件与微带线相结合的阻抗匹配方法，可以高效地解决半导体激光器超高频微波阻抗匹配。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种半导体激光器超高频微波阻抗匹配方法，可以提高信号对半导体激光器的调制效率，有很强的技术应用价值。
一种半导体激光器超高频微波阻抗匹配方法，包括如下步骤：
步骤1、采用阻抗测试转接板，对半导体激光器输入阻抗进行测量，具体为：
a.所述阻抗测试转接板包括依次连接在半导体激光器引脚的50Ω传输线装置及SMA连接器；
b.测量SMA连接器处输出阻抗值；
c.基于传输线理论，采用扣除法，扣除SMA连接器和50Ω传输线装置对半导体激光器引脚处输出阻抗值的影响，计算出半导体激光器引脚处输入阻抗值Z1；
2.基于微波阻抗匹配网络，对半导体激光器输入阻抗进行匹配：
微波阻抗匹配网络由依次串联在半导体激光器引脚处的第一微带线、集总参数元件阻抗匹配电路以及第二微带线组成，该三部分构成T形微波阻抗匹配网络；集总参数元件阻抗匹配电路采用两端电感之间并联电容的形式实现；
a.对第一微带线的宽度和长度进行调整，使得第一微带线与集总参数元件阻抗匹配电路之间的输入阻抗Z，即第一微带线的阻抗Z2与半导体激光器输入阻抗Z1之和Z位于Smith圆图的目标区域范围内；其中，目标区域对应的是阻值为1的等电阻圆图内对应的区域；
b.对输入阻抗Z进行测试：当输入阻抗Z测试值为容性时，增加T型阻抗匹配网络的感性，即增加电感的数值；当输入阻抗Z为感性时，增加T型阻抗匹配网络的容性，即减小电感的数值；
c.第二微带线采用50Ω传输线，将输入阻抗Z虚部调整为零；
d.测量T型微波阻抗匹配网络输出端口的输出阻抗是否在所述目标区域的中线附近，如果是，则完成阻抗匹配；如果否，执行步骤e；
e.返回步骤a，在保证输入阻抗Z位于目标区域范围内的同时，重新调整第一微带线的宽度和长度，然后继续执行步骤b至d，直到T型微波阻抗匹配网络输出端口的输出阻抗在所述目标区域的中线附近。
较佳的，T型微波阻抗匹配网络输出端口的输出阻抗在所述目标区域的位置越靠近中线越好。
较佳的，T型微波阻抗匹配网络输出端口的输出阻抗虚部的取值范围为-0.1Ω至0.1Ω。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明采用微带线和集总参数相结合的阻抗匹配方法，解决了集总参数阻抗匹配设计中存在的误差较大无法调整，纯微带线阻抗匹配设计实现困难、工艺复杂的问题，实现了半导体激光器超高频微波阻抗匹配。阻抗网络建立了为微带线与集总参数相结合的T形阻抗匹配网络，增加阻抗匹配网络设计的灵活性。
附图说明
图1为本发明的半导体激光器阻抗测试转接装置的原理框图；
图2为本发明的阻抗匹配网络组成原理框图；
图3为本发明的半导体激光器输出阻抗变换目标区域。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
1.采用阻抗测试转接板，对半导体激光器输入阻抗测量及计算：
a.半导体激光器的阻抗测试转接板包括依次连接在半导体激光器引脚的50Ω传输线装置及SMA连接器；
b.精确测量SMA连接器处输出阻抗值；
c.基于传输线理论，采用扣除法，扣除SMA连接器和50Ω传输线装置对半导体激光器引脚处输出阻抗值的影响，精确计算出半导体激光器引脚处输入阻抗值Z1。
2.基于微波阻抗匹配网络，对半导体激光器输入阻抗进行匹配：
微波阻抗匹配网络由第一微带线、集总参数元件阻抗匹配电路以及第二微带线组成，三部分构成微带线与集总参数相结合的T形微波阻抗匹配网络；集总参数元件阻抗匹配电路采用两端电感之间并联电容的形式，实现T型阻抗匹配网络电路。
半导体激光器输入阻抗匹配的调整基于测试所得的阻抗变换值进行修正，使阻抗变换后的值接近50Ω，具体过程为：
a.对第一微带线的宽度和长度进行调整，使得第一微带线与集总参数元件之间的输入阻抗Z，即第一微带线的阻抗Z2与半导体激光器输入阻抗Z1之和Z位于目标区域范围内；其中，目标区域对应的是阻值为1的等电阻圆图内对应的区域；
b.对输入阻抗Z进行测试：当输入阻抗Z测试值为容性时，阻抗值分布在目标区域2，增加阻抗匹配网络的感性，增加T型阻抗匹配网络电路的感性，增加电感的数值；当输入阻抗Z为感性时，阻抗值分布在目标区域1，增加阻抗匹配网络的容性，增加T型阻抗匹配网络电路的容性，减小电感的数值；
c.第二微带线采用50Ω传输线，将输入阻抗Z阻抗虚部调整为零。
d.测量阻抗匹配网络输出端口的输出阻抗是否在目标区域的中线附近，如果是，则完成阻抗匹配；如果否，执行步骤e；其中，T型微波阻抗匹配网络输出端口的输出阻抗在所述目标区域的位置越靠近中线越好，最好位于中线上，则此时T型微波阻抗匹配网络输出端口的输出阻抗虚部为0，本实施例中的取值范围为-0.1Ω至0.1Ω。
e.返回步骤a，在保证半导体激光器输入阻抗位于目标区域范围内的同时，重新调整第一微带线的宽度和长度，然后继续执行步骤b至d，经过微带线与集总参数相结合的T形阻抗匹配网络进行诺干次迭代调整，迭代次数取决于是否解决了半导体激光器超高频微波阻抗匹配，如未解决迭代将继续。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种半导体激光器超高频微波阻抗匹配方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、采用阻抗测试转接板，对半导体激光器输入阻抗进行测量，具体为：
a.所述阻抗测试转接板包括依次连接在半导体激光器引脚的50Ω传输线装置及SMA连接器；
b.测量SMA连接器处输出阻抗值；
c.基于传输线理论，采用扣除法，扣除SMA连接器和50Ω传输线装置对半导体激光器引脚处输出阻抗值的影响，计算出半导体激光器引脚处输入阻抗值Z1；
步骤2、基于微波阻抗匹配网络，对半导体激光器输入阻抗进行匹配：
微波阻抗匹配网络由依次串联在半导体激光器引脚处的第一微带线、集总参数元件阻抗匹配电路以及第二微带线组成，该三部分构成T形微波阻抗匹配网络；集总参数元件阻抗匹配电路采用两端电感之间并联电容的形式实现；
a.对第一微带线的宽度和长度进行调整，使得第一微带线与集总参数元件阻抗匹配电路之间的输入阻抗Z，即第一微带线的阻抗Z2与半导体激光器输入阻抗Z1之和Z位于Smith圆图的目标区域范围内；其中，目标区域对应的是阻值为1的等电阻圆图内对应的区域；
b.对输入阻抗Z进行测试：当输入阻抗Z测试值为容性时，增加T型阻抗匹配网络的感性，即增加电感的数值；当输入阻抗Z为感性时，增加T型阻抗匹配网络的容性，即减小电感的数值；
c.第二微带线采用50Ω传输线，将输入阻抗Z虚部调整为零；
d.测量T型微波阻抗匹配网络输出端口的输出阻抗是否在所述目标区域的中线附近，如果是，则完成阻抗匹配；如果否，执行步骤e；
e.返回步骤a，在保证输入阻抗Z位于目标区域范围内的同时，重新调整第一微带线的宽度和长度，然后继续执行步骤b至d，直到T型微波阻抗匹配网络输出端口的输出阻抗在所述目标区域的中线附近。
2.如权利要求1所述的一种半导体激光器超高频微波阻抗匹配方法，其特征在于，T型微波阻抗匹配网络输出端口的输出阻抗在所述目标区域的位置越靠近中线越好。
3.如权利要求2所述的一种半导体激光器超高频微波阻抗匹配方法，其特征在于，T型微波阻抗匹配网络输出端口的输出阻抗虚部的取值范围为-0.1Ω至0.1Ω。
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