CN106791811A - 一种新型的太赫兹宽带波导检波器结构 - Google Patents

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田遥岭
蒋均
陈鹏
黄昆
刘清锋
邓贤进
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Abstract

本发明公开了一种新型的太赫兹宽带波导检波器结构，包括波导输入阻抗匹配段、波导的腔体内基片电路、接地二极管以及输出的低通滤波器，极大地简化了整个检波器电路，使得基片的长度有了很大的减小；本发明采用二极管在波导腔中完成检波，极大地简化了检波器电路，减小了电路基片的长度，提高了检波器的宽带性能并且减小仿真难度；本发明的电场模式的变化将会增大输入输出端对射频信号的隔离度，也可以通过减小输入波导的宽度来实现对TM11模式的抑制以减少反射的信号；另外，后端低通滤波器所处的屏蔽微带线腔也对射频信号有较高的抑制作用。这种高的抑制作用将会使得滤波器等结构对前端的波导匹配结构影响降到很小。

Description

一种新型的太赫兹宽带波导检波器结构
技术领域
本发明涉及太赫兹电路单元组件，特别是一种新型的太赫兹宽带波导检波器结构。
背景技术
目前的波导式检波器的电路结构基本如图1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接头。太赫兹信号通过波导微带转换结构耦合到微带基片电路上，并经过输入阻抗匹配后注入到肖特基二极管进行检波，最后通过低通滤波提取视频信号。
这种电路结构形式在通常的毫米波频段具有较好的效果，但是到了太赫兹波段，其缺陷就会进一步显现出来。对于太赫兹波段检波器的设计，上述结构的缺陷主要有以下几点：首先，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，以至于检波器中的匹配电路效果变差，从而降低检波效率；其次，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；最后，这种电路结构对二极管后端的低通滤波结构要求十分高，不合适的低通滤波器结构会使得二极管输入输出端阻抗的互相牵引，从而输入阻抗受到二极管输出端的影响，极易降低二极管输入匹配电路的有效性，这也使得此类电路结构的设计仿真结果与实测结果差距很大。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提出了一种新型的太赫兹宽带波导检波器结构，具有宽带和快速响应的能力。
本发明的技术方案如下：
一种新型的太赫兹宽带波导检波器结构，其特征在于：包括波导输入阻抗匹配段、波导的腔体内基片电路、接地二极管以及低通滤波器，作为输入的波导输入阻抗匹配段连接腔体内基片电路，腔体内基片电路连接接地二极管，接地二极管的输出端连接低通滤波器，低通滤波器作为输出，该结构极大地简化了整个检波器电路，省却了传统电路所必须的匹配电路，高抑制度要求的LPF等，使得电路基片的长度有了很大的减小。
所述接地二极管位于距离波导终端短路面1/4波长处，目的是使得接地二极管处的电场最强而获得最佳的检波效果。
波导的TE10模式经过二极管后在腔体内基片电路上的电场模式的变化将会增大输入输出端对射频信号的隔离度，也可以通过根据TEmn或TMmn模式的截止频率公式，减小输入波导的宽度b，可以提升波导相关高次模的截止频率，来实现对TM11模式的抑制以减少反射的信号。另外，后端低通滤波器所处的屏蔽微带线腔也对射频信号有较高的抑制作用。这种高的抑制作用将会使得滤波器等结构对前端的波导匹配结构影响降到很小。
所述TEmn或TMmn模式的截止频率公式为：
，
其中，其中，a、b表示输入波导的截面尺寸，m、n表示模式序号，fcmn表示TEmn或TMmn模式的截止频率。
所述波导输入阻抗匹配段呈阶梯状，需采用高阶多节波导来实现宽频带范围的阻抗匹配，提高检波器工作带宽。
所述腔体内基片电路的底面不镀金。通常屏蔽腔中的微带线需要背面镀金以保证微带线接地端的效果，而所述腔体内基片电路底面不能镀金，以保证射频信号灌入接地二极管。
本发明的有益效果如下：
本发明的结构省略了传统电路结构通过波导-微带转换结构耦合电磁能量到微带上的方式，采用的是接地二极管在波导腔中完成检波过程的方式，极大地简化了整个检波器电路，使得电路基片的长度有了很大的减小，能够较大地提高检波器的宽带性能并且减小仿真难度；本发明电路前后的电场模式变化将会增大输入输出端对射频信号的隔离度，极大地降低了电路前后两部分阻抗的牵引关系，并且也可以通过减小输入波导的宽度来实现对TM11模式的抑制以减少反射的信号；另外，后端低通滤波器所处的屏蔽微带线腔也对射频信号有较高的抑制作用。这种高的抑制作用将会使得滤波器等结构对前端的波导匹配结构影响降到很小。
附图说明
图1为传统波导式检波器的通用结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的电路基片示意图；
图4为传统电路结构的340GHz检波器示意图；
图5为本发明的340GHz检波器示意图；
图6为本发明的检波灵敏度（高灵敏度）曲线图；
图7为本发明的检波灵敏度（宽带）曲线图。
具体实施方式
如图2所示，一种新型的太赫兹宽带波导检波器结构，包括波导输入阻抗匹配段、波导的腔体内基片电路、接地二极管以及输出的低通滤波器，极大地简化了整个检波器电路，使得电路基片的长度有了很大的减小。
所述接地二极管位于距离波导终端短路面1/4波长处，目的是使得接地二极管处的电场最强而获得最佳的检波效果。
波导的TE10模式经过接地二极管后在电路基片上的电场方向变得如图2所示。这种电场模式的变化将会增大输入输出端对射频信号的隔离度，也可以通过减小输入波导的宽度来实现对TM11模式的抑制以减少反射的信号。另外，后端低通滤波器所处的屏蔽微带线腔也对射频信号有较高的抑制作用。这种高的抑制作用将会使得滤波器等结构对前端的波导匹配结构影响降到很小。本发明的检波灵敏度的高灵敏度如图6所示，检波灵敏度（宽度）如图7所示。
所述腔体内基片电路的底面不镀金。
以340GHz的零偏置波导式检波器为例。
如图4所示，为传统形式检波器电路，其中，电路基片宽度为0.25mm，长度为2.8mm。
如图5所示，为本发明的新型检波器电路结构，其中，电路基片宽度为0.33mm，长度为1.26mm。
通过图4-5对比设计的340GHz检波器可以看出，具有更为理想的长宽比，有利于电路基片的加工和切片。在实现接地二极管阻抗良好匹配的前提下，两种结构电路基片的总长度分别为：2.8mm和1.26mm，图5中的电路基片远远短于图4中的基片，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，提高检波效率和灵敏度；另外，由于该结构两端口间的高隔离度，使得后端电路的阻抗对接地二极管输入匹配的牵引很小，保证了匹配的有效性；最后，该结构可以通过优化波导结构来进行阻抗匹配，能够轻松地设计出宽带、窄带等多种要求的检波器。

Claims (6)

1.一种新型的太赫兹宽带波导检波器结构，其特征在于：包括波导输入阻抗匹配段、波导的腔体内基片电路、接地二极管和低通滤波器，作为输入的波导输入阻抗匹配段连接腔体内基片电路，腔体内基片电路连接接地二极管，接地二极管的输出端连接低通滤波器，低通滤波器作为输出。
2.根据权利要求1所述的一种新型的太赫兹宽带波导检波器结构，其特征在于：所述接地二极管位于距离波导终端短路面1/4波长处。
3.根据权利要求1所述的一种新型的太赫兹宽带波导检波器结构，其特征在于：波导的TE10模式经过接地二极管后，在腔体内基片电路上的电场模式用于增大输入输出端对射频信号的隔离度。
4.根据权利要求1所述的一种新型的太赫兹宽带波导检波器结构，其特征在于：根据波导的TEmn或TMmn模式的截止频率公式，通过减小输入波导的宽度来提升波导相关高次模的截止频率，以此实现对TM11模式的抑制以减少反射的信号；其中，a、b表示输入波导的截面尺寸，m、n表示模式序号，fcmn表示TEmn或TMmn模式的截止频率。
5.根据权利要求1所述的一种新型的太赫兹宽带波导检波器结构，其特征在于：所述低通滤波器所处的屏蔽微带线也用于抑制射频信号。
6.根据权利要求1所述的一种新型的太赫兹宽带波导检波器结构，其特征在于：所述波导输入阻抗匹配段呈阶梯状，需采用高阶多节波导来实现宽频带范围的阻抗匹配，提高检波器工作带宽。
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