CN110855245A - 一种毫米波/太赫兹功率倍频电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于PIN二极管的毫米波/太赫兹功率倍频电路，包括：输入微带端口、隔直电容、直流偏置电路、低通滤波器、输入阻抗匹配电路、PIN二极管、输出阻抗匹配电路、带通滤波器和输出微带端口。基于PIN二极管的非线性特性和高功率承受特性，实现功率倍频功能。输入、输出阻抗匹配电路保证了输入信号最大效率的加载到二极管上，并实现倍频信号与输出负载良好的匹配特性，提高了倍频效率；带通滤波器提取出高次倍频信号，抑制其他频率的信号。本发明具有输出功率高，倍频损耗小，倍频效率高等优点，适用于毫米波/太赫兹电子系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种毫米波/太赫兹频段的功率倍频电路。
背景技术
毫米波/太赫兹是频率范围在30GHz以上的电磁波，其兼有微波和光波的性能，具有波长短，频带宽，容量大和抗干扰能力强的特点。近年来，毫米波/太赫兹频段是国内外通信开发的主要频段之一，毫米波/太赫兹系统在军事和民用应用前景十分光明，在雷达制导，遥感，测绘，医学和气象等方面有广泛的应用前途。毫米波/太赫兹功率源是毫米波/太赫兹系统的关键部件，直接决定了毫米波/太赫兹系统的性能。毫米波/太赫兹源主要由真空电子器件或者固态功率器件产生。其中，真空电子器件体积庞大、寿命短、性能不稳定等缺点限制了其应用。在毫米波/太赫兹系统中，倍频器是十分关键的电路，采用倍频技术是获得毫米波/太赫兹源的主要方式，将技术成熟的低频段信号源倍频到毫米波/太赫兹频段，可以保证其良好的频率稳定度和相位噪声。随着军用与民用通信系统的快速发展，对高效高功率的毫米波/太赫兹源的需求与日俱增。然而,传统的毫米波/太赫兹倍频器主要实现小信号倍频，无法满足毫米波/太赫兹系统对高功率毫米波/太赫兹源的需求。因此，克服传统的毫米波/太赫兹小信号倍频器的缺陷，设计高效高功率倍频器，对现代毫米波/太赫兹电子系统的发展具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种毫米波/太赫兹频段的功率倍频电路，它具有输出功率高，倍频损耗小，倍频效率高等优点，适用于毫米波/太赫兹电子系统。
为了实现上述目的，本发明提出了一种基于PIN二极管的毫米波/太赫兹功率倍频电路。其具体技术方案如下：
一种毫米波/太赫兹功率倍频电路，主要包括：输入微带端口，隔直电容,直流偏置电路，低通滤波器，输入阻抗匹配电路，PIN二极管，输出阻抗匹配电路，带通滤波器和输出微带端口。其特征在于，所述毫米波/太赫兹功率倍频电路的低通滤波器的输入端通过隔直电容与输入微带端口连接；直流偏置电路的λ/4高阻线与低通滤波器的输入端连接；低通滤波器的输出端连接输入阻抗匹配电路，输入阻抗匹配电路的输出端连接功率倍频器件PIN二极管，同时与输出阻抗匹配电路输入端连接；所述输出阻抗匹配电路输出端与带通滤波器连接，所述带通滤波器的输出端连接输出微带端口。
本发明提出的毫米波/太赫兹功率倍频电路的工作原理如下：射频信号从输入微带端口馈入，通过隔直电容传输到低通滤波器,再经过输入阻抗匹配电路将输入射频信号加载到功率倍频器件PIN二极管上。由于功率倍频器件PIN二极管的非线性特性，会产生高次谐波输出，通过带通滤波器提取出所需的谐波，实现抑制基波和其他谐波输出，实现功率倍频功能。低通滤波器可以通过基波信号，阻止各次谐波信号传输。输入阻抗匹配网络实现所述毫米波/太赫兹功率倍频电路的输入阻抗匹配，保证了输入的基波信号最大效率加载到功率倍频器件PIN二极管上；输出阻抗匹配网络实现所述毫米波/太赫兹功率倍频电路的输出阻抗匹配，保证了输出的谐波信号(功率倍频信号)传输到后端的负载；直流偏置电路对射频信号相当于开路，故直流偏置电路不会影响射频信号传输，同时为二极管提供了直流偏置，确保二极管工作在最佳匹配状态和最优非线性区域，提高功率倍频效率。
本发明提出的毫米波/太赫兹功率倍频电路通过功率倍频器件PIN二极管的非线性特性，将信号进行功率倍频，通过带通滤波器提取出所需的功率倍频信号，抑制其他谐波信号，提高功率倍频效率。本发明针对传统倍频电路输出功率小的缺点，采用可实现功率倍频的功率倍频器件PIN二极管，具有输出功率高，倍频效率高，倍频损耗小的特点，在毫米波/太赫兹电子系统中有着非常广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明提出的毫米波/太赫兹功率倍频电路；
图2是毫米波三次功率倍频电路倍频损耗随输入功率变化的曲线；
图3是毫米波三次功率倍频电路倍频损耗随频率变化的曲线；
图4是毫米波三次功率倍频电路的输出频谱图；
附图中标号对应名称为：
(1)输入微带端口，(2)直流偏置电路，(3)低通滤波器，(4)输入阻抗匹配电路，(5)PIN二极管，(6)输出阻抗匹配电路，(7)带通滤波器，(8)输出微带端口，(9)隔直电容。
具体实施方式
下面通过举例来说明本发明的优点。
本实施例的毫米波三次功率倍频电路结构如附图1所示，使用厚度为0.254mm的5880介质板实现该电路。从输入微带端口输入信号中心频率为14GHz，经三次倍频后，从输出微带端口输出信号中心频率为42GHz；低通滤波器可以让14GHz的输入基波信号通过，而阻止其它各次谐波传输；14GHz的输入基波信号加载到功率倍频器件PIN二极管上，产生高次谐波输出，通过带通滤波器提取出42GHz的三次谐波频率，并抑制基波和其他谐波输出，实现功率倍频功能。
图2是本实施例的毫米波三次功率倍频电路倍频损耗随输入功率变化的曲线。由图可以看出，在频率为14GHz时，当输入功率达到38dBm时，三次倍频损耗最低，约为10dB；在输入功率为43dBm处，三次倍频损耗为11.5dB，此时输出功率为31.5dBm。可见，所述功率倍频电路能承受大功率信号输入，获得较大功率倍频信号输出。
图3是本实施例的倍频损耗随频率变化的曲线，输入功率为38dBm，在13.94-14.08GHz范围内三次倍频损耗小于13dB，输出功率大于25dBm。
图4是本实施例的输出频谱图，输入信号频率为14GHz，输入功率为43dBm，输出的三次倍频信号功率大于30dBm，对基波和其他高次谐波有很好的抑制效果。
Claims (4)
1.一种毫米波/太赫兹功率倍频电路，包括输入微带端口、隔直电容、直流偏置电路、低通滤波器、输入阻抗匹配电路、PIN二极管、输出阻抗匹配电路、带通滤波器和输出微带端口；其特征在于，所述的毫米波/太赫兹功率倍频电路通过PIN二极管的非线性特性，实现功率倍频，具有输出功率高的特点。
2.根据权利要求1所述的毫米波/太赫兹功率倍频电路，其特征在于：所述的毫米波/太赫兹功率倍频电路的低通滤波器的输入端通过隔直电容与输入微带端口连接；直流偏置电路的λ/4高阻线与低通滤波器的输入端连接；低通滤波器的输出端连接输入阻抗匹配电路；低通滤波器可以通过基波信号，阻止各次谐波信号传输。
3.根据权利要求1所述的毫米波/太赫兹功率倍频电路，其特征在于：射频信号从输入微带端口馈入，通过隔直电容传输到低通滤波器,再经过输入阻抗匹配电路将输入射频信号加载到功率倍频器件PIN二极管上。由于功率倍频器件PIN二极管的非线性特性，会产生高次谐波输出，通过带通滤波器提取出所需的谐波，实现抑制基波和其他谐波输出，实现功率倍频功能。
4.根据权利要求1所述的毫米波/太赫兹功率倍频电路，其特征在于：输入阻抗匹配网络实现所述毫米波/太赫兹功率倍频电路的输入阻抗匹配，保证了输入的基波信号最大效率加载到功率倍频器件PIN二极管上；输出阻抗匹配网络实现所述毫米波/太赫兹功率倍频电路的输出阻抗匹配，保证了输出的谐波信号(功率倍频信号)传输到后端的负载；直流偏置电路对射频信号相当于开路，故直流偏置电路不会影响射频信号传输，同时为二极管提供了直流偏置，确保二极管工作在最佳匹配状态和最优非线性区域，提高功率倍频效率。
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