CN111969958B - 一种双层四路功率合成宽带三倍频器及固态信号发生器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及双层四路功率合成三倍频器及固态信号发生器，包括输入波导，输入波导与波导功分器连接，波导功分器包括两个波导管，波导管的传输末端设置有两个微带探针，每个微带探针处分别设置有一个单路微带，多个单路微带的末端与能够实现多路合成的微带功分探针连接，微带功分探针设置于输出波导中。

Description

一种双层四路功率合成宽带三倍频器及固态信号发生器

技术领域

本公开属于倍频器技术领域，具体涉及一种双层四路功率合成宽带三倍频器及固态信号发生器。

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技术应用频段不断上升，对其输出功率提出了更高的要求。倍频器作为固态信号发生的核心部件，具有频率倍增的作用，直接决定了太赫兹信号发生链路的核心指标，比如带宽、输出功率等。目前300GHz以下三倍频器中，输出功率较大的无偏置宽带倍频器采用最多的是空间多层三倍频结构，采用纯金属波导结构，具有输出功率大、带宽宽等特点。但是随着频段到达300GHz以上，现有空间多层三倍频器中多层结构的加工、管芯的安装、倍频器的调试难度极大，成品率较低，已不再适用于300GHz以上的频段，而基于单路微带或悬置微带倍频的倍频器输出功率又较低，不能满足实际应用需求。

发明人了解到，现有采用单路微带结构的三倍频器，其结构如图4中所示，主要包括输入波导1A、输出波导3A、单路微带2A，其中单路微带2A包括微带探针4A、滤波结构5A以及二极管组件6A。由于采用的是容易实现的单路微带结构，基板为砷化镓/石英等材料，散热能力比较差，难以承担较大的输入功率，同时二极管的管芯又比较少(一般为两管芯反向并联)，从而导致输出功率比较低。

即现有单路微带及悬置微带结构的三倍频器输出功率低，空间多层三倍频器在大于300GHz频段以上时，存在加工、安装、调试难度大以及成品率低的问题。

发明内容

本公开的目的是提供一种双层四路功率合成宽带三倍频器及固态信号发生器，能够解决在大于300GHz频段时，空间多层倍频结构的加工、安装于调试难度大的问题，以及采用单路微带与悬置微带无法满足功率输出的问题，实现300GHz频段以上的宽带倍频。

为实现上述目的，本公开的第一方面提供一种双层四路功率合成三倍频器，包括输入波导，输入波导与波导功分器连接，波导功分器包括两个波导管，波导管的传输末端设置有两个微带探针，每个微带探针处分别设置有一个单路微带，多个单路微带的末端与能够实现多路合成的微带功分探针连接，微带功分探针设置于输出波导中。

本公开的第二方面提供一种固态信号发生器，包括上述的双层四路功率合成三倍频器。

以上一个或多个技术方案的有益效果：

本公开采用具有两个波导管的波导功分器以及四个相应的单路微带，即将较大输出功率的波导传输信号分配到四个单路微带中的微带倍频电路进行倍频过程，然后利用微带功分探针合成倍频后的四路波导传输信号。

每个单路微带承担的输入功率为总的输入功率的四分之一，输出的功率也为总的输出功率的四分之一。即在不改变单路微带结构形式的情况下，完成了单路微带的大功率输出。

同时，单路微带的结构与现有相同，不存在管芯安装、倍频器调试的难题，有效的提高了三倍频器的成品率。

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为本公开实施例中输出波导及输出探针等部分结构的示意图；

图3为本公开实施例中整体结构沿水平方面平剖后的示意图；

图4为现有基于单路微带的倍频器结构示意图。

图中：1、输入波导；2、波导功分器；201、波导管；202、连接管；3、单路微带；4.输出波导；

1A、输入波导；2A 、单路微带；3A、输出波导；4A、微带探针；5A、滤波电路结构，6A、二极管组件。

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。

正如背景技术中所述，传统的无偏太赫兹三倍频器的典型结构如图1所示，主要结构包含输入波导/输出波导、倍频微带电路等。二极管部分一般采取反向并联或者同向串联结构，输入波导信号经微带探针、匹配滤波结构、二极管、输出微带探针等结构，完成三次倍频信号波导输出。

本公开要解决的技术问题就是如何设计拥有较高输出功率的多路合成倍频器，即采用多路功分倍频合成的方式，来提高宽带下的功率输出，又要避免因采用复杂的腔体结构而带来的加工和装配难度增大的问题。和其他复杂的空间波导结构等相比，该结构易于实现和装配，同时带宽比较宽。

实施例1

如图1-图3所示，本实施例提供一种双层四路功率合成三倍频器，包括输入波导1，输入波导1与波导功分器2连接，波导功分器2包括两个波导管201，波导管201的传输末端设置有两个微带探针，每个微带探针处分别设置有一个单路微带3，多个单路微带3的末端与能够实现多路合成的微带功分探针连接，微带功分探针设置于输出波导4中。

可以理解的是，本实施例中利用了波导功分器2的部件，波导功分器2可以把微波系统中的功率分几路传送到不同的负载中，反过来也可以将几路功率合成为一路，对功率进行合成以获得更大的功率输出。波导功分器2属于现有结构，本方案中将输入波导1的功率分成两路传递到两个波导管201中。

所述单路微带3通过介质基板支撑，介质基板为砷化镓或石英材料。可以理解的是，微带指的是微波集成电路传输线，它由介质基片上的金属导带和底面的导体接地板构成。在本实施例中，单路微带3指的是单输入与单输出的微带结构。

具体的，在本实施例中，总共利用了四个单路微带3，微带探针伸入同一个波导管201末端空腔的两个单路微带3同组使用，同一组的两个单路微带3中的微带探针均分波导管201中的波导传输信号，然后分别利用自身的微带倍频电路进行倍频。所述微带探针的一端空悬设置在波导管201末端的空腔中，同一波导管201处的两个微带探针在竖直方向的投影重合。即四个单路微带3在空间中形成上下左右分别对称的结构形式。

具体的，本实施例中的波导功分器2包括相互平行的两个波导管201，两个波导管201之间通过连接管202连接以形成U型结构，输入波导1与连接管202连接。

可以理解的是，本实施例中波导管201与连接管202的均为定截面的金属管，即沿着连接管202或波导管201的延伸轴线方向，其横截面的形状与尺寸不变。

所述微带功分探针的一端与单路微带的输出端连接，另一端空悬设置于输出波导的内腔中。

可以理解的是，上文中提及本实施例中通过波导功分器2实现输入波导1型号的功率分配，然后利用上下并排设置的两个微带探针进一步实现功率分配，最后通过微带倍频电路进行微波信号的倍频。为了实现倍频后微波信号的功率和成，本实施例采用四合一的微带功分探针。微带功分探针属于现有结构，其具体的结构形式以及工作原理，此处不再进行赘述，可以由本领域技术人员自行设置，此处不再赘述，但是不应认为是不清楚的。

具体的，在本实施例中，四个微带功分探针都是独立的，每个微带功分探针负责把该路微带传输的TEM信号转换为波导传输的TE10模式，继而在输出波导中再合并为一路信号输出。

采用该结构的原因主要有两点：1、整体结构紧凑，合成转换路径较短，降低传输损耗，提高输出功率；2、四路信号之间的路径差别较小，相位一致性好，合成效率高。

具体的，本实施例中的单路微带3包括依次连接的微带探针、匹配滤波结构和二极管组件，所述二极管组件的输出端与微带功分探针连接。本实施例中微带探针用于实现波导管201中波导传输信号与微带线之间的电磁波耦合。

具体的，在本实施例中，所述输出波导4为U型结构。所述输入波导1为矩形波导。可以理解的是，在其他实施方式中，输入波导1与输出波导4的具体结构形式可以由本领域技术人员自行设置，例如，其可以为圆形波导结构，此处不再赘述。

所述微带倍频电路及承载微带倍频电路的介质基板设置在两个波导管201之间。

具体的， 在本实施例中，将单路微带3设置在两个波导管201之间，能够起到节约空间的目的，同时也便于将相邻单路微带3的输出端对齐，便于利用微带功分探针实现输出功率的合成。

本实施例的有益效果在于：采用了双层微带倍频电路以及输出端的四合一微带探针功分结构，在提高倍频器宽带下的输出功率的同时，还保持了尺寸的紧凑，缩短了输出三次谐波信号的传输路径，改良了四路输出信号在合成时的相位不一致性，提高了倍频效率。与传统的单路三倍频器相比，理想情况下能够提高单路倍频电路的输出功率6 dB，同时和空间多层纯金属倍频器相比，微带倍频电路的安装定位难度较低，易于实现，同时由于采用了多层电路，体积紧凑的同时降低了功分网络的传输损耗，能够获得较高的倍频效率。

实施例2

本实施例提供一种固态信号发生器，包括实施例1中所述的双层四路功率合成三倍频器。

可以理解的是，固态信号发生器中还应包括功率放大器、滤波器及衰减器等部件，三倍频器与其他结构部件的具体连接方式，此处不再进行赘述，可以由本领域技术人员自行设置。

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 (8)

1.一种双层四路功率合成三倍频器，其特征在于，包括输入波导，输入波导与波导功分器连接，波导功分器包括两个波导管，波导管的传输末端设置有两个微带功分探针，每个微带功分探针处分别设置有一个单路微带，多个单路微带的末端与能够实现多路合成的微带功分探针连接，微带功分探针设置于输出波导中；

所述微带功分探针的一端空悬设置在波导管末端的空腔中，同一波导管处的两个微带功分探针在竖直方向的投影重合，即四个单路微带在空间中形成上下左右分别对称的结构形式；

通过波导功分器实现输入波导信号的功率分配，然后利用上下并排平行设置的两个微带功分探针进一步实现功率分配，最后通过微带倍频电路进行微波信号的倍频；

每个微带功分探针负责把该路微带传输的TEM信号转换为波导传输的TE10模式，继而在输出波导中再合并为一路信号输出；

所述波导功分器包括相互平行的两个波导管，两个波导管之间通过连接管连接以形成U型结构，输入波导与连接管连接；

利用了四个单路微带，微带功分探针伸入同一个波导管末端空腔的两个单路微带同组使用，同一组的两个单路微带中的微带功分探针均分波导管中的波导传输信号，然后分别利用自身的微带倍频电路进行倍频。

2.根据权利要求1所述的双层四路功率合成三倍频器，其特征是，所述单路微带通过介质基板支撑，介质基板为砷化镓或石英材料。

3.根据权利要求1所述的双层四路功率合成三倍频器，其特征是，所述微带功分探针的一端与单路微带的输出端连接，另一端空悬设置于输出波导的内腔中。

4.根据权利要求1所述的双层四路功率合成三倍频器，其特征是，所述单路微带包括依次连接的微带功分探针、匹配滤波结构和二极管组件，所述二极管组件的输出端与微带功分探针连接。

5.根据权利要求1所述的双层四路功率合成三倍频器，其特征是，所述输出波导为U型结构。

6.根据权利要求1或2所述的双层四路功率合成三倍频器，其特征是，所述微带倍频电路及承载微带倍频电路的介质基板设置在两个波导管之间。

7.根据权利要求1所述的双层四路功率合成三倍频器，其特征是，所述输入波导为矩形波导。

8.一种固态信号发生器，其特征是，包括权利要求1-7中任意一项所述的双层四路功率合成三倍频器。

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