CN111181492A - 一种超宽带低损耗全波导双平衡的太赫兹倍频器 - Google Patents

一种超宽带低损耗全波导双平衡的太赫兹倍频器 Download PDF

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Abstract

本发明属于太赫兹倍频技术领域,涉及一种太赫兹倍频器。一种超宽带低损耗全波导双平衡的太赫兹倍频器，包括输入波导，用于以TEM模式输入信号；倍频电路，用于对输入信号进行倍频处理，产生倍频信号；输出波导，用于以TE10模式输出信号；所述倍频电路连接在输入波导和输出波导之间；所述的输入波导为共面波导，所述的输出波导为脊波导。本发明采用共面波导和脊波导，可以实现几个倍频程的工作带宽，有效解决传统太赫兹倍频器矩形波导限制倍频器工作带宽的问题；肖特基二极管对采用基于场对称分布的双平衡四管芯的结构形式，平衡性更好，谐波回收能力强，谐波分量小，能量分配给主信号多，变频损耗小。

Description

一种超宽带低损耗全波导双平衡的太赫兹倍频器
技术领域
本发明属于太赫兹倍频技术领域,涉及一种太赫兹倍频器。
背景技术
太赫兹波具有分子能量低、对复合材料透射性强、频谱宽等优点，在生物医学、无损检测、空间探测等领域应用前景广阔，已成为研究热点。太赫兹倍频器是太赫兹仪器及工程应用的关键部件，对其性能起决定性作用。传统的太赫兹测量仪器宽带发射机多采用基于矩形波导和微带传输线的单平衡双管倍频器，带宽窄，对谐波信号的回收能力有限，谐波分量多，变频损耗大，随着市场对超宽带，高谐波抑制的测试需求，传统的倍频器性能已无法满足太赫兹测试仪器的性能要求。
发明内容
基于现有技术中太赫兹倍频器存在的问题和不足，本发明提供一种超宽带低损耗全波导双平衡的太赫兹倍频器，可以有效解决矩形波导限制倍频器工作带宽的问题。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种超宽带低损耗全波导双平衡的太赫兹倍频器，包括输入波导，用于以TEM模式输入信号；
倍频电路，用于对输入信号进行倍频处理，产生倍频信号；
输出波导，用于以TE10模式输出信号；
所述倍频电路连接在输入波导和输出波导之间；
所述的输入波导为共面波导，所述的输出波导为脊波导。
进一步地，所述的倍频电路包括四个肖特基二极管，两两串联组成肖特基二极管对；两个肖基特二极管对在电场方向上呈对称分布。
进一步地，两个肖特基二极管对形成两个电流支路，两个支路上的肖特基二极管互为反向并联。
进一步地，所述的肖基特二极管与所述共面波导的内导体采用金丝键合互联。
进一步地，所述共面波导的内导体分为固定段和指数渐变缩小段，所述指数渐变缩小段的长度为2～3个波长，较小一端位于信号输出端。
进一步地，所述的共面波导为金属结构。
进一步地，所述的脊波导为双脊波导，最低阶高次模式是主模频率的3～4倍。
与现有技术相比，本发明的超宽带低损耗全波导双平衡的太赫兹倍频器具有如下有益效果：本发明采用共面波导和脊波导，这种全波导结构可以实现几个倍频程的工作带宽，有效解决传统太赫兹倍频器矩形波导限制倍频器工作带宽的问题；肖特基二极管对采用全空间内基于场对称分布的双平衡四管芯的结构形式，平衡性更好，谐波回收能力强，谐波分量小，能量分配给主信号多，变频损耗小。
附图说明
图1是实施例提供的一种超宽带低损耗全波导双平衡的太赫兹倍频器的结构连接示意图；
图2是实施例中超宽带低损耗全波导双平衡的太赫兹倍频器的左视图；
图3是实施例中的共面导体内导体的结构示意图；
图4是实施例中倍频电路原理图；
图5是实施例中太赫兹倍频器的原理示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
本实施例提供的一种超宽带低损耗全波导双平衡的太赫兹倍频器，其结构连接如图1和图2所示，主要包括金属腔体5及依次连接的同轴导体1、共面波导2、倍频电路3、脊波导4。其中，同轴导体1的外导体与金属腔体5的外壳连接，同轴导体1的内导体与共面导体2的内导体连接。
如图3所示，共面导体2为全金属导体，本实施例中，由外导体和内导体组成。内导体分为固定段21和指数渐变缩小段22，固定段21为圆柱形，指数渐变缩小段22为底面直径指数渐变的圆锥形。其中，固定段22的输入端与同轴导体1的内导体连接。指数渐变缩小段22与倍频电路3连接。指数渐变缩小段22的长度为2～3个波长。此处的波是指微波，包括毫米波到太赫兹波范围内的波，波长从厘米、毫米到亚毫米，频率3GHz-3THz。
倍频电路3由4个肖特基二极管组成，肖特基二极管通过金丝键合方式与共面导体内导体的指数渐变缩小段22端部连接。
倍频电路3的4个肖特基二极管两两串联组成两条独立的电流支路。如图4所示，从输入端口电流流向看来，肖特基二极管1、3串联、肖特基二极管2、4串联，各自构成独立的支路，两条支路对于输入端口看，两个肖特基二极管对呈反向并联的状态。
从输出端口电流流向看来，肖特基二极管1、2串联、肖特基二极管3、4串联，各自构成独立的支路，两条支路对于输出端口看，两个肖特基二极管对呈反向并联的状态。
4个肖特基二极管通过金丝键合方式与共面导体2的内导体指数渐变缩小段22端部连接。
本实施例提供的超宽带低损耗全波导双平衡的太赫兹倍频器，整个结构采用全金属波导设计，原理如图5所示，输入端输入的信号经共面波导以TEM模式馈入到肖特基二极管组成的倍频电路，经倍频电路整流后的信号以TE10的模式馈出至基波导的输出端口，最低阶高次模式是主模频率的3到4倍，因此可以有效解决传统太赫兹倍频器矩形波导限制倍频器工作带宽的问题。
本实施例的共面波导，由于内导体采用指数渐变设计，实现宽带的阻抗匹配，即实现从50欧姆匹配到二极管的基波阻抗。并且共面导体采用全金属渐变匹配，损耗更小。
本实施例的倍频电路采用场对称分布的双平衡结构，相对于现有技术中平面上的双平衡，本实施例是在空间内全方位的双平衡，这样电路的平衡性更好，谐波回收能力更强，谐波分量小，能量分配给主信号多，变频损耗小。

Claims (7)

1.一种超宽带低损耗全波导双平衡的太赫兹倍频器，包括输入波导，用于以TEM模式输入信号；
倍频电路，用于对输入信号进行倍频处理，产生倍频信号；
输出波导，用于以TE10模式输出信号；
所述倍频电路连接在输入波导和输出波导之间；
其特征在于：所述的输入波导为共面波导，所述的输出波导为脊波导。
2.根据权利要求1所述的超宽带低损耗全波导双平衡的太赫兹倍频器，其特征在于：所述的倍频电路包括四个肖特基二极管，两两串联组成肖特基二极管对；两个肖基特二极管对在电场方向上呈对称分布。
3.根据权利要求2所述的超宽带低损耗全波导双平衡的太赫兹倍频器，其特征在于：两个肖特基二极管对形成两个电流支路，两个支路上的肖特基二极管互为反向并联。
4.根据权利要求3所述的超宽带低损耗全波导双平衡的太赫兹倍频器，其特征在于：所述肖特基二极管与所述共面波导的内导体采用金丝键合互联。
5.根据权利要求1任一项所述的超宽带低损耗全波导双平衡的太赫兹倍频器，其特征在于：所述共面波导的内导体分为固定段和指数渐变缩小段，所述指数渐变缩小段的长度为2～3个波长，较小一端位于信号输出端。
6.根据权利要求1-5任一项所述的超宽带低损耗全波导双平衡的太赫兹倍频器，其特征在于：所述的共面波导为金属结构。
7.根据权利要求1-5任一项所述的超宽带低损耗全波导双平衡的太赫兹倍频器，其特征在于：所述的脊波导为双脊波导，最低阶高次模式是主模频率的3～4倍。
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