CN111884596A - 基于紧凑超宽带外抑制低通滤波的太赫兹谐波混频器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种基于紧凑超宽带外抑制低通滤波的太赫兹谐波混频器，包括本振低通滤波器和中频低通滤波器，本振低通滤波器和中频低通滤波器均为混合低通滤波器，混合低通滤波器包括工型传输线，工型传输线的两侧分别设有扇形传输结构，扇形传输结构与工型传输线通过横向传输线连接；扇形传输结构包括关于横向传输线对称且尖角与横向传输线连接的第一扇形传输线和第二扇形传输线。
Description
技术领域
本公开属于谐波混频器技术领域，具体涉及一种基于紧凑超宽带外抑制低通滤波的太赫兹谐波混频器。
背景技术
随着太赫兹技术的不断发展，基于固态电子的太赫兹信号发生和接收技术应用频段逐渐上升，来到了1THz以上甚至更高的频段。其中太赫兹谐波混频器作为太赫兹信号接收单元的核心部件，其变频损耗直接决定了信号接收灵敏度，是混频器最关键的指标，而混频器的变频损耗主要取决于电路设计，其中本振驱动功率影响至关重要。随着频段不断升高，宽带高功率的本振驱动链路实现也越来越困难，其次是单片电路制备长宽比大的电路十分困难。如何在保证电路性能的情况实现紧凑型的电路设计，尽可能的降低所需要的本振泵浦功率和电路制备难度，成为宽带混频器设计的关键点。
发明人了解到，传统的太赫兹谐波混频器的典型拓扑结构如图3所示，电路主要有射频及本振探针、本振中频滤波器、二极管、匹配及接地电路等。在电路中，本振低通滤波器及中频低通滤波器对电路长度的影响最大。基于该电路形式，传统的太赫兹混频器电路形式如图4、图5所示，分别为基于高低阻抗线和工型滤波的混频电路结构，这两种低通滤波单元带外特性较差，约1-2个倍频程即会出现寄生通带。为了提高本振低通滤波和中频低通滤波的带外特性，往往需要多级不同尺寸的滤波单元级联，利用不同尺寸滤波单元的带外特性来共同形成一个宽带的带外抑制，从而满足本振低通滤波器的带外特性需求。由图中可以看出不管是基于高低阻抗线还是工型功率单元，本振和中频滤波结构长度较长，使得整个混频器电路十分狭长。
其造成以下缺点：1、使得本振信号到二级管组件的路径较长，传输损耗较大，所需要的本振泵浦功率大，而在太赫兹高频段，高功率的本振实现极为困难；2、整体混频电路长宽比较大，在进行单片电路制备或者装配时十分困难，容易碎裂。
发明内容
本公开的目的是提供一种基于紧凑超宽带外抑制低通滤波的太赫兹谐波混频器，能够解决现有的谐波混频器其本振到二极管路径过长，导致所需本振泵浦功率太大的问题，同时也避免整体电路尺寸较长，制备和装配难度较大的问题。
为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供一种基于紧凑超宽带外抑制低通滤波的太赫兹谐波混频器，包括本振低通滤波器和中频低通滤波器，本振低通滤波器和中频低通滤波器均为混合低通滤波器，混合低通滤波器包括工型传输线，工型传输线的两侧分别设有扇形传输结构，扇形传输结构与工型传输线通过横向传输线连接；扇形传输结构包括关于横向传输线对称且尖角与横向传输线连接的第一扇形传输线和第二扇形传输线。
以上一个或多个技术方案的有益效果：
1、本公开可以根据所需要的射频和本振频率对滤波单元的尺寸进行调整，使其满足混频器的射频、本振和中频带宽需求。本发明采用扇形滤波单元结合工形滤波单元来设计本振低通滤波器，紧凑的工形滤波单元用于形成通带，扇形单元良好的带外特性用来抑制工形单元所产生的寄生通带，二者结合既能满足紧凑的尺寸需求，又能满足良好的带外特性需求。由于所提出扇形传输结构与工型传输线的组合具有小尺寸、宽通带、超宽阻带的特性，可以灵活的根据混频器的相应端口的带宽来调整混合低通滤波结构的尺寸，使其满足混频器的宽带需求。
2、低泵浦功率：由于采用了混合低通滤波结构，整体尺寸紧凑，尤其是长度大大缩短，降低了路径传输损耗，从而降低了所需要的本振泵浦功率。
3、易于制备：由于采用了紧凑型的电路设计，整体混频电路长宽比下降，易于实现一体化的电路制备和装配，避免安装时尹单片电路过长而造成损坏。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本公开实施例中整体结构示意图；
图2为本公开实施例中混合低频滤波结构的示意图；
图3为现有太赫兹谐波混频器的拓扑结构示意图；
图4为现有基于高低阻抗线滤波器的电路结构示意图；
图5为现有基于工型结构的太赫兹谐波混频器电路结构示意图。
图中：1、本振低通滤波器；2、中频低通滤波器；3、本振输入过渡波导；4、射频输入过渡波导；5、二极管；6、耦合探针；7、本振端口匹配线；8、本振低通滤波匹配线；9、中频低通滤波匹配线；11、第一扇形传输线；12、横向传输线；13、第一横向分支传输线；14、第二扇形传输线；15、第二横向分支传输线；16、第二竖向分支传输线。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本公开要解决的技术问题就是如何在保证谐波混频器性能的情况实现紧凑型的混频电路设计，尽可能缩短信号传输路径，降低所需要的本振泵浦功率和工艺制备难度。
本公开的一种典型实施方式中，如图1-图2所示，本实施例提供一种基于紧凑超宽带外抑制低通滤波的太赫兹谐波混频器，包括本振低通滤波器1和中频低通滤波器2，本振低通滤波器1和中频低通滤波器2均为混合低通滤波器，混合低通滤波器包括工型传输线，工型传输线的两侧分别设有扇形传输结构，扇形传输结构与工型传输线通过横向传输线12连接；扇形传输结构包括关于横向传输线12对称且尖角与横向传输线12连接的第一扇形传输线11和第二扇形传输线14。
具体的，所述第一扇形传输线11与第二扇形传输线14的对称轴线均与横向传输线12垂直。
所述工型传输线包括关于横向传输线12对称的两个横向分支传输线，横向分支传输线与横向传输线12平行，横向分支传输线与横向传输线12之间通过竖向分支传输线连接，竖向分支传输线与横向传输线12垂直。所述横向分支传输线关于竖向分支传输线对称设置。
具体的，如图两个横向分支传输线分别为第一横向分支传输线13和第二横向分支传输线15。第一横向分支传输线13通过第一竖向分支传输线与横向传输线连接，第二横向分支传输线15通过第二竖向分支传输线16与横向传输线连接。
可以理解的是，本实施例还应包括本振输入过渡波导3与射频输入过渡波导4，所述射频输入过渡波导4中设有射频耦合探针6。所述射频耦合探针6与二极管组件5连接，二极管组件5与匹配线连接，匹配线与本振低通滤波器1连接，本振低通滤波器1与本振低通滤波匹配线8连接，本振低通滤波匹配线8与本振端口匹配线7连接，本振端口匹配线7与中频低通滤波器2连接，中频低通滤波器2与中频低通滤波匹配线9连接。
所述射频输入过渡波导4与二极管组件5分别接地。所述射频耦合探针6、匹配线、本振低通滤波匹配线8、本振端口匹配线7以及中频低通滤波匹配线9均为矩形传输线。所述射频输入过渡波导4均为矩形波导。所述射频耦合探针6、匹配线、本振低通滤波匹配线8、本振端口匹配线7以及中频低通滤波匹配线9均设置在介质基板中。
本公开所提出的于紧凑超宽带外抑制低通滤波的宽带太赫兹谐波混频器特性说明如下：
由于采用了所提出的混合低通滤波结构，一方面可以保证了混频器的宽带特性，另一方面又可以缩短本振信号的传输路径，降低损耗即降低所需的功率，其次整体混频器长宽比变小，利于制备和装配。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种基于紧凑超宽带外抑制低通滤波的太赫兹谐波混频器，包括本振低通滤波器和中频低通滤波器，其特征在于，本振低通滤波器和中频低通滤波器均为混合低通滤波器，混合低通滤波器包括工型传输线，工型传输线的两侧分别设有扇形传输结构，扇形传输结构与工型传输线通过横向传输线连接；扇形传输结构包括关于横向传输线对称且尖角与横向传输线连接的第一扇形传输线和第二扇形传输线。
2.根据权利要求1所述的太赫兹谐波混频器，其特征是，所述第一扇形传输线与第二扇形传输线的对称轴线均与横向传输线垂直。
3.根据权利要求1所述的太赫兹谐波混频器，其特征是，所述工型传输线包括关于横向传输线对称的两个横向分支传输线，横向分支传输线与横向传输线平行，横向分支传输线与横向传输线之间通过竖向分支传输线连接，竖向分支传输线与横向传输线垂直。
4.根据权利要求3所述的太赫兹谐波混频器，其特征是，所述横向分支传输线关于竖向分支传输线对称设置。
5.根据权利要求1所述的太赫兹谐波混频器，其特征是，还包括本振输入过渡波导与射频输入过渡波导，所述射频输入过渡波导中设有射频耦合探针。
6.根据权利要求5所述的太赫兹谐波混频器，其特征是，所述射频耦合探针与二极管组件连接，二极管组件与匹配线连接，匹配线与本振低通滤波器连接，本振低通滤波器与本振低通滤波匹配线连接，本振低通滤波匹配线与本振端口匹配线连接，本振端口匹配线与中频低通滤波器连接，中频低通滤波器与中频低通滤波匹配线连接。
7.根据权利要求6所述的太赫兹谐波混频器，其特征是，所述射频输入过渡波导与二极管组件分别接地。
8.根据权利要求6所述的太赫兹谐波混频器，其特征是，所述射频耦合探针、匹配线、本振低通滤波匹配线、本振端口匹配线以及中频低通滤波匹配线均为矩形传输线。
9.根据权利要求5所述的太赫兹谐波混频器，其特征是，所述射频输入过渡波导均为矩形波导。
10.根据权利要求6所述的太赫兹谐波混频器，其特征是，所述射频耦合探针、匹配线、本振低通滤波匹配线、本振端口匹配线以及中频低通滤波匹配线均设置在介质基板中。
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