CN110739913B - 一种二次谐波增强型的超宽带肖特基二倍频器结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二次谐波增强型的超宽带肖特基二倍频器结构，包括波导T/Y型结、两路输入波导探针、两对肖特基二极管、悬置微带T型结以及输出波导探针；所述波导T/Y型结的两端分别接输入波导探针，输入波导探针和悬置微带T型结形成波导‑悬置微带转换结构，两对肖特基二极管分别与两路输入波导探针的悬置端口连接，悬置微带T型结将两对肖特基二极的输出合为一路，然后输出到输出波导探针；本发明能省略输出端繁琐的匹配滤波电路，进而降低消耗在匹配滤波电路中的功率，极大提升倍频器的倍频效率，并能获得接近相应波导全频段的工作带宽；两对肖特基二极管可以使得倍频器的功率容量是传统倍频器的两倍，相应的可输出功率范围也增加一倍。
Description
技术领域
本发明属于太赫兹频段肖特基二极管倍频器设计领域，特别是利用结构的平衡性来实现二次谐波增强和超宽带输出的倍频电路结构。
背景技术
现有的肖特基二倍频器技术方案主要有两种，一种是基于Ericksons式的平衡式二倍频器结构，如图1所示；另一种是最为传统的二倍频电路结构，如图2所示。
其中，图2所示的倍频器电路由于本身没有任何抑制谐波功能，需要在二极管输入输出端都加载相应的滤波器结构，额外的引入电路损耗，并有严重限制了电路带宽，因此其实用效果是远远差于图1所示的电路的。图1所示的电路中，薄膜基片电路被安装在输入波导和输出波导之间的腔体通道内，并联的肖特基二极管对安置在距离波导短路面四分之一波长的位置，阻抗的匹配由悬置微带线和输入波导匹配电路完成，最终二次谐波通过输出探针结构耦合输出。但是，该结构的特点是输入输出电路匹配时牵引大，电路相对敏感，设计复杂，难以实现较宽的带宽；并且单独的二极管在功率容量上有限，能够承受的最大驱动功率受限，实现大功率输出往往需要多路合成；另外其装配难度大，尤其是二极管的粘接工作需要在波导腔体中进行，其装配精度将极大地影响倍频器效率。
发明内容
本发明为克服上述技术缺陷，提出了一种二次谐波增强型的超宽带肖特基二倍频器结构，利用该结构能够从电路本质上在输出端抑制奇次谐波并且同时实现普
通电路两倍的功率容量，从而能够十分轻松地设计出超宽带的二倍频器。
本发明的技术方案如下：
一种二次谐波增强型的超宽带肖特基二倍频器结构，其特征在于：包括波导T/Y型结、两路输入波导探针、两对肖特基二极管、悬置微带T型结以及输出波导探针；所述波导T/Y型结的两端分别接输入波导探针，输入波导探针和悬置微带T型结形成波导-悬置微带转换结构，两对肖特基二极管分别与两路输入波导探针的悬置端口连接，悬置微带T型结将两对肖特基二极的输出合为一路，然后输出到输出波导探针。
所述波导T/Y型结采用具备180°相位差的E面波导T/Y型结，可选用铝、铜等金属加工。
所述两路输入波导探针的悬置端口相对设置。
所述两对肖特基二极管的管结朝向相同，极性也相同。这里的肖特基二极管，可以采用导电胶粘接工艺或者焊接工艺实现。
所述悬置微带T型结还配置有阻抗匹配电路，形成悬置微带电路。进一步的，所述悬置微带T型结可以选择石英、氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷等薄膜基板等材料进行加工，基片厚度越薄越好。
所述输出波导探针采用直流馈电端口，也可以通过金丝跳线实现直流通路，主要是不影响电路的对称性。
通过上述设计的结构，整个电路结构相对波导T/Y型结的对称面对称。输入的电磁波在波导T/Y型结作用下输出两路等幅反相的信号，并通过各路的输入波导探针和匹配电路耦合至两对肖特基二极管。由于两对肖特基二极管的安装极性一致，因此作用于肖特基二极管的两路信号等幅反相。两对肖特基二极管的输出信号在悬置微带T型结处叠加，该波形的奇次谐波分量为零，仅含有偶次谐波。而二次谐波分量则通过输出端探针结构耦合至输出波导。因此，电路本身的对称使两路信号中的奇次谐波分量相互抵消，省略掉了输出端滤波结构并且使奇次谐波输出端口短路，极大提升了倍频电路效率和带宽。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明电路本身具备的奇次谐波抑制特性能够省略掉输出端繁琐的匹配滤波电路，进而降低消耗在匹配滤波电路中的功率。
（2）本发明电路本身的平衡性能够极大地提升倍频器的倍频效率，并能够获得接近相应波导全频段的工作带宽（保证较高的倍频效率）。
（3）由于两对肖特基二极管的设计，可以使得倍频器的功率容量是传统倍频器的两倍，保证其倍频效率不降低，相应的可输出功率范围也增加一倍。
附图说明
图1为现有Erickson式的平衡式二倍频器。
图2为传统的肖特基二倍频器。
图3为本发明的电路结构示意图。
图4为图3所示上下两对二极管的时序波形示意。
图5为图3悬置微带T型结位置的时序波形示意。
具体实施方式
一种二次谐波增强型的超宽带肖特基二倍频器结构，如图3所示，包括波导T/Y型结、两路输入波导探针、两对肖特基二极管、悬置微带T型结以及输出波导探针；所述波导T/Y型结的两端分别接输入波导探针，输入波导探针和悬置微带T型结形成波导-悬置微带转换结构，两对肖特基二极管分别与两路输入波导探针的悬置端口连接，悬置微带T型结将两对肖特基二极的输出合为一路，然后输出到输出波导探针。
所述波导T/Y型结采用具备180°相位差的E面波导T/Y型结，可选用铝、铜等金属加工。
所述两路输入波导探针的悬置端口相对设置。
所述两对肖特基二极管的管结朝向相同，极性也相同。这里的肖特基二极管，可以采用导电胶粘接工艺或者焊接工艺实现。
所述悬置微带T型结还配置有阻抗匹配电路，形成悬置微带电路。进一步地的所述悬置微带T型结可以选择石英、氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷等薄膜基板等材料进行加工，基片厚度越薄越好。
所述输出波导探针采用直流馈电端口，也可以通过金丝跳线实现直流通路，主要是不影响电路的对称性。
通过上述设计的结构，整个电路结构相对波导T/Y型结的对称面对称。输入的电磁波在波导T/Y型结作用下输出两路等幅反相的信号，并通过各路的输入探针结构和匹配电路耦合至二极管对。由于两对肖特基二极管的安装极性一致，因此作用于肖特基二极管的两路信号等幅反相，其管结时序波形如图4所示。两对肖特基二极管的输出信号在悬置微带T型结处叠加，其时序波形将如图5所示，该波形的奇次谐波分量为零，仅含有偶次谐波。而二次谐波分量则通过输出端探针结构耦合至输出波导。因此，电路本身的对称使两路信号中的奇次谐波分量相互抵消，省略掉了输出端滤波结构并且使奇次谐波输出端口短路，极大提升了倍频电路效率和带宽。
进一步的，由于含有两对二极管，其功率容量将是传统二极管倍频的两倍，并保证其倍频效率不降低。
根据上述实施例可以看出，本发明的倍频电路结构和传统结构（图1和图2）相比，可以看出：
（1）平衡性不同：图2所示的传统倍频器电路没有任何的平衡性，完全通过滤波电路实现二次谐波的提取，其带宽注定不会太宽；图1所示的Erickson式倍频器电路，其利用的是波导场模式和悬置微带场模式的模式隔离来实现奇次谐波抑制的，其电路设计复杂，装配敏感度高，宽带性能很难实现；而本发明（图3）的电路是利用波导T/Y型结实现180°差分输出后，通过悬置微带T型结合成从而实现奇次谐波抑制，从本质上来说是属于全频段的反相抑制，具备超宽带的特点。
（2）功率容量不同：图1和图2所示的电路使用的是一对二极管，其功率容量受限，若需大功率驱动需要外加或者重新设计定向耦合器等结构进行合成，模块体积将会很大；本发明将在同等模块体积条件下实现两倍的功率容量，理论上说能够增大一倍的输出功率。
Claims (10)
1.一种二次谐波增强型的超宽带肖特基二倍频器结构，其特征在于：包括波导T/Y型结、两路输入波导探针、两对肖特基二极管、悬置微带T型结以及输出波导探针；所述波导T/Y型结的两端分别接输入波导探针，输入波导探针和悬置微带T型结形成波导-悬置微带转换结构，两对肖特基二极管分别与两路输入波导探针的悬置端口连接，悬置微带T型结将两对肖特基二极的输出合为一路，然后输出到输出波导探针。
2.根据权利要求1所述的一种二次谐波增强型的超宽带肖特基二倍频器结构，其特征在于：所述波导T/Y型结采用具备180°相位差的E面波导T/Y型结。
3.根据权利要求2所述的一种二次谐波增强型的超宽带肖特基二倍频器结构，其特征在于：所述波导T/Y型结选用铝或铜进行加工。
4.根据权利要求1所述的一种二次谐波增强型的超宽带肖特基二倍频器结构，其特征在于：所述两路输入波导探针的悬置端口相对设置。
5.根据权利要求1所述的一种二次谐波增强型的超宽带肖特基二倍频器结构，其特征在于：所述两对肖特基二极管的管结朝向相同，极性也相同。
6.根据权利要求5所述的一种二次谐波增强型的超宽带肖特基二倍频器结构，其特征在于：所述肖特基二极管采用导电胶粘接工艺或者焊接工艺实现。
7.根据权利要求1所述的一种二次谐波增强型的超宽带肖特基二倍频器结构，其特征在于：所述悬置微带T型结还配置有阻抗匹配电路，形成悬置微带电路。
8.根据权利要求1或7所述的一种二次谐波增强型的超宽带肖特基二倍频器结构，其特征在于：所述悬置微带T型结选择石英、氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷作为基板进行加工。
9.根据权利要求1所述的一种二次谐波增强型的超宽带肖特基二倍频器结构，其特征在于：所述输出波导探针采用直流馈电端口，或者通过金丝跳线实现直流通路。
10.根据权利要求1-5任意一项所述的一种二次谐波增强型的超宽带肖特基二倍频器结构，其特征在于：所述超宽带肖特基二倍频器结构相对波导T/Y型结的对称面对称。
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| GR01 | Patent grant | ||
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