CN108111127A - 太赫兹频段三倍频器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种太赫兹频段三倍频器，包括用于以TE10模的传输模式传输输入信号的输入模块；用于将输入信号转为准TEM模的传输模式，并对该信号进行信号阻抗匹配的第一转换模块；用于对阻抗匹配后的输入信号进行三倍频处理，获得倍频信号的倍频模块；用于将所述倍频信号转为TE10模的传输模式，并对该倍频信号进行输出阻抗匹配的第二转换模块；和用于以TE10模的传输模式输出太赫兹频段的三倍频信号的输出模块。本发明针对太赫兹频段电路小尺寸的特点，将输入模块，第一转换模块，第二转换模块，输出模块与二级管对集成在微带线上，便于电路的重复制造以及二极管对的粘贴，为电路在高频率下工作提供可能，提高了其可靠性与重复制造性。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹频率源技术领域。更具体地，涉及一种太赫兹频段三倍频器。
背景技术
太赫兹频率源是太赫兹系统应用中重要的核心部分。太赫兹波主要指频率在100GHz至3000GHz的电磁波，其在电磁波谱中的位置位于微波与光之间，是最后一个未被充分开发的电磁频段。太赫兹信号的产生，一般采用两种方法实现：由光信号解调下来与通过微波信号倍频产生。光信号途径产生太赫兹波的核心器件为量子级联激光器，其工作在低温状态，对工作环境有较高要求，不利于大规模应用。倍频产生太赫兹波主要有两种方法：采用电真空技术如行波管、电子回旋管与采用固态半导体技术如肖特基二极管，高电子迁移率晶体管等。电真空技术可产生较大功率的太赫兹信号，但其无法产生连续波、寿命较短，体积较大的特点，限制了其在有源相控阵雷达等方面的应用。而半导体技术的小体积，室温工作，可靠性高等特点，使固态半导体太赫兹源在太赫兹系统中的应用越来越普遍。现有的二极管倍频器方案，一般从毫米波电路演变而来，随着太赫兹技术如通信系统、雷达系统的应用越来越广泛，对太赫兹信号源的工作频率、可靠性的要求越来越高。太赫兹信号源产生的频率越来越高，其体积也越来越小，过去的人工粘贴方式的电路精度越来越低，难以实现，从而影响太赫兹倍频器的性能与可靠性。
鉴于现有技术中存在的上述问题，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太赫兹频段三倍频器，解决目前太赫兹倍频器电路难以装配、可靠性低的问题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种太赫兹频段三倍频器，包括：
输入模块，用于以TE10模的传输模式传输输入信号；
第一转换模块，用于将输入信号转为准TEM模的传输模式，并对该信号进行信号阻抗匹配；
倍频模块，用于对阻抗匹配后的输入信号进行三倍频处理，获得倍频信号；
第二转换模块，用于将所述倍频信号转为TE10模的传输模式，并对该倍频信号进行输出阻抗匹配；
输出模块，用于以TE10模的传输模式输出太赫兹频段的三倍频信号。
优选的，所述输入模块为输入波导。
优选的，所述第一转换模块包括依次连接的第一微带转换电路和输入匹配电路。
优选的，所述第一转换模块进一步包括连接于所述第一微带转换电路和所述输入匹配电路之间的输入滤波器。
优选的，所述第二转换模块包括依次连接的输出匹配电路和第二微带转换电路。
优选的，所述倍频模块连接于所述第一转换模块和所述第二转换模块之间。
优选的，所述倍频模块为肖特基二极管对。
优选的，所述输出模块为输出波导。
优选的，所述太赫兹三倍频器还包括与所述第一转换模块连接的电源模块。
优选的，所述电源模块包括与所述第一转换模块连接的直流偏置滤波器和与所述直流偏置滤波器连接的直流偏置电源。
本发明的有益效果如下：
1.本发明利用二级管对的非线性特性产生谐波，通过输出波导的高通特性，截止二次谐波，保证三次谐波信号输出，可以作为三倍频器电路的方案。
2.本发明通过波导-微带转换实现输入、输出匹配电路以及二级管对与输入、输出波导的连接，便于三倍频器的测试与应用。
3.本发明针对太赫兹频段电路小尺寸的特点，将输入模块，第一转换模块，第二转换模块，输出模块与二级管对集成在微带线上，便于电路的重复制造以及二极管对的粘贴，为电路在高频率下工作提供可能，提高了其可靠性与重复制造性，可用于工程应用。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明太赫兹频段的三倍频器的示意图。
附图标记：
1、输入波导；2、第一微带转换电路；3、输入滤波器；4、输入匹配电路；5、二级管对；6、输出匹配电路；7、第二微带转换电路；8、输出波导；9、直流偏置滤波器；10、直流偏置电源。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明涉及一种太赫兹频段三倍频器，包括：用于以TE10模的传输模式传输输入信号的输入模块；用于将输入信号转为准TEM模的传输模式，并对该信号进行信号阻抗匹配的第一转换模块；用于对阻抗匹配后的输入信号进行三倍频处理，获得倍频信号的倍频模块；用于将所述倍频信号转为TE10模的传输模式，并对该倍频信号进行输出阻抗匹配的第二转换模块；和用于以TE10模的传输模式输出太赫兹频段的三倍频信号的输出模块。
本方案中，输入模块可以选用输入波导1作为信号输入的传输通道。
此外，本方案中，第一转换模块可以为依次连接的第一微带转换电路2和输入匹配电路4。第一转换模块进一步包括连接于第一微带转换电路2和输入匹配电路4之间的输入滤波器3。
另外，第二转换模块包括依次连接的输出匹配电路6和第二微带转换电路7。
本方案中，所述倍频模块可以选用肖特基二极管对5；肖特基二极管对5连接于第一转换模块和所述第二转换模块之间。
本方案中，输出模块可以选用输出波导8，作为信号输出的传输通道。
本方案中，太赫兹三倍频器还包括与第一转换模块中的第一微带转换电路2连接的直流偏置滤波器9，和与直流偏置滤波器9连接的直流偏置电源10。
下面通过实例对本方案作进一步说明。
本发明的太赫兹三倍频器的具体连接为输入波导1的输出端与第一微带转换电路2的输入端连接，第一微带转换电路2的输出端与输入滤波器3的输入端连接，输入滤波器3的输出端与输入匹配电路4的输入端连接，输入匹配电路4的输出端与肖特基二极管对5的输入端连接，肖特基二极管对5的输出端与输出匹配电路6的输入端连接，输出匹配电路6的输出端与第二微带转换电路7的输入端连接，输出波导8的输入端与第二微带转换电路7的输出端连接。另外，第一微带转换电路2的另一个输出端与直流偏置滤波器9输出端连接，直流偏置滤波器9的输入端与直流偏置电源10连接。直流偏置电源10给整个三倍频器供电，使三倍频器正常工作。
太赫兹频段三倍频器主要实现对输入信号的频率进行转换，输出信号频率位于太赫兹波段，为输入信号频率的三倍。工作时，输入信号经过输入波导1进入第一微带转换电路2，在输入波导1中，工作模式为主模TE10模，经过第一微带转换电路2实现传输模式转换，变为准TEM模。然后输入信号经过输入滤波器3与输入匹配电路4，馈入肖特基二级管对5，输入信号通过输入匹配电路4，更多的馈入肖特基二级管对5中进行倍频，二极管对5倍频产生的谐波信号会同时向输入与输出端传播，为防止倍频产生的谐波返回到输入波导1中，输入滤波器3将谐波信号反射回肖特基二极管对5中，同时确保输入频率的信号通过。二级管对5产生的倍频信号，经过输出匹配电路6，依次进入第二微带转换电路7与输出波导8中，第二微带转换电路7将输出信号由准TEM模转换为输出波导8主模TE10模，输出波导8使输出信号频段工作在主模中，可以截止输入信号的二次谐波。同时，直流偏置电源10提供的直流偏置电压，经过直流偏置滤波器9，进入第一微带转换电路2的另一端，直流偏置滤波器9使直流偏置电压通过，同时防止输入信号经过第一微带转换电路2进入直流偏置电源10的输出端。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种太赫兹频段三倍频器，其特征在于，包括：
输入模块，用于以TE10模的传输模式传输输入信号；
第一转换模块，用于将输入信号转为准TEM模的传输模式，并对该信号进行信号阻抗匹配；
倍频模块，用于对阻抗匹配后的输入信号进行三倍频处理，获得倍频信号；
第二转换模块，用于将所述倍频信号转为TE10模的传输模式，并对该倍频信号进行输出阻抗匹配；
输出模块，用于以TE10模的传输模式输出太赫兹频段的三倍频信号。
2.根据权利要求1所述的太赫兹频段三倍频器，其特征在于，所述输入模块为输入波导。
3.根据权利要求1所述的太赫兹频段三倍频器，其特征在于，所述第一转换模块包括依次连接的第一微带转换电路和输入匹配电路。
4.根据权利要求1所述的太赫兹频段三倍频器，其特征在于，所述第一转换模块进一步包括连接于所述第一微带转换电路和所述输入匹配电路之间的输入滤波器。
5.根据权利要求1所述的太赫兹频段三倍频器，其特征在于，所述第二转换模块包括依次连接的输出匹配电路和第二微带转换电路。
6.根据权利要求1所述的太赫兹频段三倍频器，其特征在于，所述倍频模块连接于所述第一转换模块和所述第二转换模块之间。
7.根据权利要求1所述的太赫兹频段三倍频器，其特征在于，所述倍频模块为肖特基二极管对。
8.根据权利要求1所述的太赫兹频段三倍频器，其特征在于，所述输出模块为输出波导。
9.根据权利要求1所述的太赫兹频段三倍频器，其特征在于，所述太赫兹三倍频器还包括与所述第一转换模块连接的电源模块。
10.根据权利要求9所述的太赫兹三倍频器，其特征在于，所述电源模块包括与所述第一转换模块连接的直流偏置滤波器和与所述直流偏置滤波器连接的直流偏置电源。
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| CN105024647A (zh) * | 2015-07-24 | 2015-11-04 | 东南大学 | 一种全波段太赫兹三倍频模块 |
| CN106301226A (zh) * | 2016-08-18 | 2017-01-04 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种微带线与悬置微带线相结合的太赫兹倍频器 |
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