CN106771659A - 一种波导宽带检波器 - Google Patents

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张文兴
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Abstract

本发明公开了一种波导宽带检波器，具体涉及毫米波波导检波技术领域。其解决了现有的检波器由于采用硬质基片波导探针耦合技术，带宽不够宽，全波导带宽检波性能较差，微带线在毫米波频段损耗较大，检波器灵敏度比较低，二极管宽带匹配和检波电路装配比较困难，频率响应较差的不足。该波导宽带检波器，包括波导和设置于波导内的检波电路，检波电路包括鳍线宽带变换电路，鳍线宽带变换电路中设有鳍线，鳍线的末端设有二极管，二极管的前端通过金属鳍与波导的边缘接触形成直流接地回路，到二极管的距离为检波输入信号的四分之一波长处设有信号反射电路。

Description

一种波导宽带检波器
技术领域
本发明涉及毫米波波导检波技术领域，具体涉及一种波导宽带检波器。
背景技术
检波器是微波、毫米波技术中常规部件之一，可以完成微波毫米波信号检测、自动增益控制、功率探测等功能，被广泛应用于信号源、矢量网络分析仪、微波瞬时接收机、微波遥感探头等整机系统中，具有非常重要的作用。由于毫米波频段信号功率较小，对检波器的灵敏度、驻波比、工作带宽、动态范围等性能指标提出了更高的要求，各项应用迫切需要在毫米波频段提供一种宽带的、具有良好频率响应的高效率宽带检波器。
传统的波导检波电路采用探针耦合电路完成波导到微带的转换，频段很难达到全波导带宽，一般用于窄带检波，同时毫米波频段频率很高，微带片介质损耗随频率升高而增大，并且微带线结构的输入阻抗匹配和二极管安装都比较困难，采用该方法很难实现全波导频段高灵敏度和良好频率响应的检波器。
毫米波频段多采用波导结构进行信号传输和接收，而波导结构很难直接进行检波电路的设计，相比较而言采用平面电路比较容易实现，因此毫米波检波器的关键之处在于需要实现波导到平面传输线的良好转换，同时由于频率较高，制作检波电路的基片材料在高频的损耗也是必须要考虑的重要问题，最后要实现检波二极管的良好匹配，才能获得较好的检波性能。
现有技术主要是通过微带E面耦合探针完成波导到平面电路的变换，通过射频探针将射频信号从波导传输转换到微带线上，经阻抗变换后输入检波二极管进行检波，检波完成后通过滤波器进行输出，考虑到微带探针悬置在波导腔中，没有任何的支撑，所以一般采用硬质基片。波导-微带探针转换的宽带特性较差，难以实现全波导带宽良好匹配，同时在毫米波频段微带线辐射损耗增大，色散效应明显，电路稳定性变差，同时微带电路不利于实现电路的混合集成，不利于检波二极管的安装和输入匹配的实现，检波灵敏度和频率响应较差。
现有的技术结构如图1所示，输入信号1从标准矩形波导输入，经过放置在波导内部的微带探针2将毫米波信号耦合到微带线上进行传输，传输后的毫米波信号经过阻抗变换，完成对检波第一二极管3的匹配，输出信号5经滤波器4滤波后输出。
波导到微带的探针变换是影响波导检波器带宽的重要因素，全波导频段的回波损耗很难做的很好，以3mm为例，其优化后的仿真结果如图2所示，从图中可以看出，回波损耗优于15dB,全波导带宽特性不是很理想，同时波导探针需要插入到波导中，无支撑部分，所以采用硬质基片，在上下两个腔体的安装固定中对于加工精度和装配工艺的要求很高，否则非常容易压裂或压碎基片，造成检波电路失效。
检波二极管安装在微带线上，二极管的管脚和微带线的尺寸很难一致，装配使用的导电胶或焊锡在毫米波频段都容易带来额外的寄生参数，从而造成宽带匹配困难，恶化检波器的频率响应；同时微带线在毫米波频段色散效应增加明显，损耗较大，会造成毫米波信号的功率损耗，降低检波器的检波效率。
因此现有技术的缺点是：(1)采用硬质基片波导探针耦合技术，带宽不够宽，全波导带宽检波性能比较差；(2)宽带匹配和电路装配比较困难，频率响应比较差；(3)微带线在毫米波频段损耗较大，检波器灵敏度比较低。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足，提出了一种工作频带宽、频率响应好、检波效率高的波导宽带检波器。
本发明具体采用如下技术方案：
一种波导宽带检波器，包括波导和设置于波导内的检波电路，所述检波电路包括鳍线宽带变换电路，鳍线宽带变换电路中设有鳍线，鳍线的末端设有二极管，二极管的前端通过金属鳍与波导的边缘接触形成直流接地回路，到二极管的距离为检波输入信号的四分之一波长处设有信号反射电路。
优选地，所述检波电路设置于介质基片上，介质基片为软介质基片。
优选地，所述波导为矩形波导，包括相对接的上半部和下半部，波导的中心轴线处设有波导腔。
优选地，所述鳍线宽带变换电路设置于波导腔的中部。
优选地，所述检波电路还包括二极管安装电路，二极管安装于二极管安装电路中。
优选地，所述波导上设有波导端口，检波输入信号经波导端口输入后，经多节阻抗变换线或渐变线形式的鳍线宽带变换电路完成波导到鳍线的变换。
优选地，所述信号反射电路将二极管反射的信号重新反射到二极管中，提高检波效率。
优选地，所述二级管的输出端设有电容，电容上压焊有检波输出端，检波输出端设有低通滤波器，检波输出信号经过低通滤波器滤波后输出。
优选地，所述检波输入信号的频段是26.5GHz～110GHz。
优选地，所述二极管跨接在鳍线的两侧。
本发明具有的有益效果是：
(1)工作频带宽：采用多节阻抗变换线或渐变线形式的鳍线宽带变换电路完成阻抗匹配，26.5GHz～110GHz各个标准波导频段全频段宽带检波特性好。
(2)频率响应好，检波效率高：采用鳍线宽带变换电路实现检波，电路损耗小；在距二极管的距离为检波输入信号的四分之一波长处设置信号反射电路，将二极管反射的信号重新反射到二极管中，提高二极管的频率响应和检波效率。
(3)可靠性好：鳍线宽带变换电路采用软介质实现，在波导腔的安装过程中，不容易被压裂，可靠性比较好。
附图说明
图1为现有的波导到微带转换检波器示意图；
图2为现有的波导到微带转换回波损耗仿真结果图；
图3为该波导宽带检波器的检波电路示意图；
图4为该波导宽带检波器空间分解结构示意图；
图5为该波导宽带检波器整体结构示意图；
图6为该发明中的波导鳍线宽带变换回波损耗仿真结果图。
其中，1为输入信号，2为探针，3为第一二极管，4为滤波器，5为输出信号，6为检波输入信号，7为多节阻抗变换线，8为反射电路，9为二极管，10为低通滤波器，11为检波输出信号，12为上半部，13为下半部，14为波导腔，15为介质基片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
如图3-5所示，一种波导宽带检波器，包括波导和设置于波导内的检波电路，检波电路包括鳍线宽带变换电路，鳍线宽带变换电路中设有鳍线，鳍线的末端设有二极管9，二极管9前端通过金属鳍与波导的边缘接触形成直流接地回路，到二极管9的距离为检波输入信号6的四分之一波长处设有信号反射电路8。
检波电路设置于介质基片15上，介质基片15为软介质基片。
波导为矩形波导，包括相对接的上半部12和下半部13，波导的中心轴线处设有波导腔14。
鳍线宽带变换电路设置于波导腔的中部。
检波电路还包括二极管安装电路，二极管安装于二极管安装电路中。
波导上设有波导端口，检波输入信号6经波导端口输入后，经多节阻抗变换线7或渐变线形式的鳍线宽带变换电路完成波导到鳍线的变换。
信号反射电路将二极管9反射的信号重新反射到二极管中，提高检波效率。
二级管的输出端设有电容，电容上压焊有检波输出端，检波输出端设有低通滤波器10，检波输出信号11经过低通滤波器滤波后输出。
检波输入信号6的频段是26.5GHz～110GHz(通过波导标准频段覆盖)。波导本身有一个TE10模传输频率范围,无法一个波导满足这么宽的带宽，但是能够按照标准波导频段覆盖。如:26.5GHz～40GHz、40GHz～60GHz、50GHz～75GHz、75GHz～110GHz来完成26.5GHz～110GHz覆盖。
二极管跨接在鳍线的两侧。
该波导宽带检波器，其波导到鳍线变换仿真结果如图6所示，全波导频段可以实现30dB以上的回波损耗；鳍线结构具有良好的毫米波特性，高频介质损耗小，阻抗随频率变化比较小，容易实现宽带匹配，二极管安装在鳍线缝隙两侧，非常容易安装，二极管的管脚尺寸和安装所用的导电胶、焊锡等对电路性能的影响也好于微带电路；在距二极管的距离为检波输入信号的四分之一波长处设计了反射电路，该电路用金属导带实现，将二极管反射的检波信号重新反射回二极管中进行检波，从而提高了检波效率，改善了输入匹配，检波灵敏度和频率响应得到提高；鳍线宽带变换电路采用厚度为0.127mm敷铜板软介质实现，介电常数2.2，在波导的上半部与下半部的安装过程中，不容易被压裂，可靠性比较好。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种波导宽带检波器，其特征在于，包括波导和设置于波导内的检波电路，所述检波电路包括鳍线宽带变换电路，鳍线宽带变换电路中设有鳍线，鳍线的末端设有二极管，二极管的前端通过金属鳍与波导的边缘接触形成直流接地回路，到二极管的距离为检波输入信号的四分之一波长处设有信号反射电路。
2.如权利要求1所述的一种波导宽带检波器，其特征在于，所述检波电路设置于介质基片上，介质基片为软介质基片。
3.如权利要求2所述的一种波导宽带检波器，其特征在于，所述波导为矩形波导，包括相对接的上半部和下半部，波导的中心轴线处设有波导腔。
4.如权利要求3所述的一种波导宽带检波器，其特征在于，所述鳍线宽带变换电路设置于波导腔的中部。
5.如权利要求4所述的一种波导宽带检波器，其特征在于，所述检波电路还包括二极管安装电路，二极管安装于二极管安装电路中。
6.如权利要求1或5所述的一种波导宽带检波器，其特征在于，所述波导上设有波导端口，检波输入信号经波导端口输入后，经多节阻抗变换线或渐变线形式的鳍线宽带变换电路完成波导到鳍线的变换。
7.如权利要求6所述的一种波导宽带检波器，其特征在于，所述信号反射电路将二极管反射的信号重新反射到二极管中，提高检波效率。
8.如权利要求6所述的一种波导宽带检波器，其特征在于，所述二级管的输出端设有电容，电容上压焊有检波输出端，检波输出端设有低通滤波器，检波输出信号经过低通滤波器滤波后输出。
9.如权利要求6所述的一种波导宽带检波器，其特征在于，所述检波输入信号的频段是26.5GHz～110GHz。
10.如权利要求6所述的一种波导宽带检波器，其特征在于，所述二极管跨接在鳍线的两侧。
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