CN112615591A - 一种宽带亚毫米波四次谐波混频器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种宽带亚毫米波四次谐波混频器，包括射频波导微带过渡结构，肖特基反向并联二极管对，本振高低阻抗低通滤波器，本振波导微带过渡结构，中频CMRC低通滤波器，金丝，混频电路石英基板和中频电路石英基板，中频输出端口。本混频器将整体石英基片电路分为两部分石英基片电路电路，降低了石英基片的装配难度，在中频输出端引出混频直流电，降低了射频探针的设计难度，具有工作频带宽，成本较低，变频损耗小的特点。
Description
技术领域
本发明亚毫米波混频器件技术领域，具体涉及一种宽带亚毫米波四次谐波混频器结构。
背景技术
频率在0.1THz至10THz的电磁波被称为太赫兹(THz)波，波长在3000微米至30微米范围。它是电磁频谱的重要组成部分，由于太赫兹波在频谱中的特殊位置使其具备了一些其他频段不具备的特点。
在各种太赫兹技术应用中，太赫兹信号的接收系统往往需要实现频率的向下搬移，而实现该功能的核心部件就是混频器，在超外差式的接收电路中因为太赫兹低噪声放大器较难实现，所以混频器就成为了接收系统的第一级，其性能的好坏将直接影响系统性能。
混频器可分为谐波混频器和基波混频器，谐波混频是利用本振信号的n(n＝2,3,4…)次谐波分量与射频信号进行混频。随着频率上升到毫米波乃至太赫兹频段，高性能的本振源很难获得。谐波混频器只需要提供射频信号频率的1/n，从而大大降低了对本振源的要求，因而谐波混频技术在高频段的应用十分广泛。
本将二极管对以反向并联的形式连接在电路中，因而在混频过程中，只会产生与本振偶次谐波相关的分量，而与本振信号奇次谐波相关的频率分量则会被抑制。由于石英基板的质地较脆，因此在装配和切割上难度较大，容易断裂。
发明内容
为了解决石英基片这方面的缺陷，本发明公开一种宽带亚毫米波四次谐波混频器结构。采用四次谐波混频的方式，有效降低了对本振驱动信号的要求，实现了290GHZ～320GHZ宽带内低变频损耗的目标，满足290GHZ～320GHZ频段内的测试仪器的要求。大大降低了石英的加工难度，将中频电路和本振低通滤波器电路通过金丝结合，有效解决了石英的加工难度。将中频CMRC低通滤波器和本振高低阻抗低通滤波器放在本振波导微带过渡结构的同一侧，大大缩减了腔体加工的面积。
为了实现上述目的，本发明提供了一种宽带亚毫米波四次谐波混频器结构。其包括：射频波导微带过渡结构，肖特基反向并联二极管对，本振高低阻抗低通滤波器，本振波导微带过渡结构，中频CMRC低通滤波器。
混频电路石英基板和中频电路石英基板背面涂抹导电胶，固定在射频和中频之间的沟槽内，其中射频波导微带过渡探针一端悬置与射频波导微带过渡结构腔体中间，射频波导微带过渡探针和射频高阻线交界处与射频波导微带过渡结构腔体边界齐平，肖特基反向并联二极管对采用倒焊的方式倒扣焊接在混频电路金属走线上，本振波导微带过渡探针悬置放置在本振波导微带过渡结构上，本振波导微带过渡探针和本振高阻线的交界边与本振波导微带过渡结构的腔体边界齐平。射频波导微带过渡探针和本振波导微带过渡探针悬置部分背面不涂抹导电胶。混频电路石英基板走线中，在本振高低阻抗低通滤波器和本振波导微带过渡探针中间的过渡段引出一支节，通过焊接金丝，与中频电路石英基板相连接。
作为上述技术方案的改进之一，本振高低阻抗低通滤波器的截止频率为100GHZ，中频CMRC低通滤波器的截止频率为20GHZ。
作为上述技术方案的改进之一，两石英基板均通过导电胶固定与腔体沟槽内，中间通过金丝跳线连接。
作为上述方案的改进之一，将混频电路石英基板和中频电路石英基板分开设计和加工，降低石英基板的长宽比，大大减少加工和装配石英基板的难度，使其不易破裂。
射频波导微带过渡探针与射频高阻线相连接，射频高阻线与固定在石英基板微带线上的反向并联二极管相连接，反向并联二极管通过微带线与本振高低阻抗低通滤波器相连接，本振高低阻抗低通滤波器通过本振高阻线与本振波导微带过渡结构相连接，本振高低阻抗低通滤波器通过金丝跳线与中频低通滤波器相连接，用于将射频信号与本振信号混频后的中频信号优化后输出。
射频波导微带过渡结构将输入射频腔体的主模TE10模转化为可以在石英基片电路上传播的TEM模，本振低通滤波器能有效通过10GHZ以下的中频信号和60GHZ～85GHZ的本振信号，同时抑制100GHZ以上的射频信号泄露，中频CMRC低通滤波器能有效防止本振信号从中频低通滤波器输出端口泄露出，两种石英结构厚度为50um，金属走线厚度为3um。
作为上述方案的改进之一，本振波端口采用的波导尺寸为国际标准波导尺寸WR12，其横截面尺寸为3.099mm*1.549mm，射频波端口采用波导尺寸WR2.8，其横截面尺寸为0.71mm*0.356mm。相比于正常标准横截面尺寸0.864mm*0.432mm，在高度上减少了0.154mm，在宽度上减少了0.067mm。
作为上述方案的改进之一，肖特基反向并联二极管对采用倒装焊的方式焊接在微带线上的铜板上。
作为上述方案的改进之一，由于射频频率较高，在射频端加直流接地对整体效果有较大影响，加大了工艺难度，本发明将直流接地加在中频输出端，将混频产生的直流电引出，提高结果的准确性。
所述一种宽带亚毫米波四次谐波混频器结构工作原理如下：本振信号和射频信号通过波导进入波导微带过渡探针结构，波导微带过渡探针结构将TE10转化为TEM模，本振信号通过本振高低阻抗低通滤波器后与射频信号在肖特基反向并联二极管对混频，产生各种谐波信号，该信号通过本振高低阻抗低通滤波器滤波处理后，产生四次谐波混频信号，该信号通过金丝和中频CMRC低通滤波器后，从中频输出端输出。
本发明所述的电路、混频器结构和方法，大大缩减了石英基片的加工难度，同时改善了腔体结构，简化电路基片选型，本振信号频率是射频信号频率的1/4，降低了对本振频率的要求，四次谐波混频后损耗较小效果较好,带宽较宽。
附图说明
图1是本发明的一种宽带亚毫米波四次谐波混频器结构示意图；
图2是本发明的一种宽带亚毫米波四次谐波混频器的中频CMRC低通滤波器；
图3是本发明的一种宽带亚毫米波四次谐波混频器的混频电路模块；
图4是本发明的一种宽带亚毫米波四次谐波混频器的结构正视图；
图5是本发明的一种宽带亚毫米波四次谐波混频器的变频损耗之间的仿真曲线。
附图标记：
1、射频波导微带过渡探针 2、射频端阻抗匹配段
3、肖特基反向并联二极管对 4、本振端阻抗匹配段
5、本振高低阻抗低通滤波器 6、金丝
7、中频CMRC低通滤波器 8、本振波导微带过渡探针
9、本振波导微带过渡结构 10、射频波导微带过渡结构
11、中频匹配枝节 12、射频高阻线
13、本振高阻线 14、中频输出端口
15、混频电路石英基板 16、中频电路石英基板
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1、2、3所示本发明提供了一种宽带亚毫米波四次谐波混频器，其包括：射频波导微带过渡结构(10)，肖特基反向并联二极管对(3)，本振高低阻抗低通滤波器(5)，本振波导微带过渡结构(9)，中频CMRC低通滤波器(7)，射频端阻抗匹配段(2)，本振端阻抗匹配段(4)，射频波导微带过渡探针(1)，本振波导微带过渡探针(8)，金丝(6)，中频匹配枝节(11)，射频高阻线(12)，本振高阻线(13)，混频电路石英基板(15)和中频电路石英基板(16)，中频输出端口(14)。
如图1所示，混频电路石英基板(14)和中频电路石英基板(16)背面涂抹导电胶，固定在射频和中频之间的沟槽内，其中射频波导微带过渡探针(1)一端悬置与射频波导微带过渡结构(9)腔体中间，射频波导微带过渡探针(1)和射频高阻线(12)交界处与射频波导微带过渡结构(9)腔体边界齐平，肖特基反向并联二极管对(3)采用倒焊的方式倒扣焊接在混频电路金属走线上，本振波导微带过渡探针(8)悬置放置在本振波导微带过渡结构(9)上，本振波导微带过渡探针(8)和本振高阻线(13)的交界边与本振波导微带过渡结构(9)的腔体边界齐平。射频波导微带过渡探针(1)和本振波导微带过渡探针(8)悬置部分背面不涂抹导电胶。混频电路石英基板(15)走线中，在本振高低阻抗低通滤波器(5)和本振波导微带过渡探针(8)中间的过渡段引出一支节，通过焊接金丝(6)，与中频电路石英基板(16)相连接。
作为上述方案的改进之一，将混频电路石英基板(15)和中频电路石英基板(16)分开设计和加工，降低了石英基板的长宽比，大大减少了加工和装配石英基板的难度，使其不易破裂。
作为上述方案的改进之一，肖特基反向并联二极管对采用倒装焊的方式焊接在微带线上的铜板上。
作为上述方案的改进之一，由于射频频率较高，在射频端加直流接地对整体效果有较大影响，加大了工艺难度，本发明将直流接地加在中频输出端，将混频产生的直流电引出，提高结果的准确性。
射频波导微带过渡结构将输入射频腔体的主模TE10模转化为可以在石英基片电路上传播的TEM模，本振低通滤波器能有效通过10GHZ以下的中频信号和60GHZ～85GHZ的本振信号，同时抑制100GHZ以上的射频信号泄露，中频CMRC低通滤波器能有效防止本振信号从中频低通滤波器输出端口泄露出，两种石英结构厚度为50um，金属走线厚度为3um。
作为上述方案的改进之一，本振波端口采用的波导尺寸为国际标准波导尺寸WR12，其横截面尺寸为3.099mm*1.549mm，射频波端口采用波导尺寸WR2.8，其横截面尺寸为0.71mm*0.356mm。相比于正常标准横截面尺寸0.864mm*0.432mm，在高度上减少了0.154mm，在宽度上减少了0.067mm。
作为上述方案的改进之一，本振信号频率是射频信号频率的1/4，降低了对本振频率的要求，四次谐波混频后损耗较小效果较好,带宽较宽。
最后应说明的是，以上实施例仅用于表达本项发明的技术要求而不仅限于该要求，本发明对其进行了详细的设计，同行业人员应当理解其含义，对其进行不违背基本要求的更改，都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种宽带亚毫米波四次谐波混频器，其特征在于包括：射频波导微带过渡结构(10)，肖特基反向并联二极管对(3)，本振高低阻抗低通滤波器(5)，本振波导微带过渡结构(9)，中频CMRC低通滤波器(7)，所述的肖特基反向并联二极管对(3)采用倒装焊的方法焊接在射频端阻抗匹配段(2)和本振端阻抗匹配段(4)电路之间，所述射频波导微带过渡探针(1)，本振高低阻抗低通滤波器(5)，本振波导微带过渡探针(8)，中频CMRC低通滤波器电路(7)都印制在50um厚的混频电路石英基板(15)上，所述射频信号输入端与射频波导微带过渡结构(10)单元连接，本振信号输入端与本振波导微带过渡结构(9)相连接，中频输出端与中频CMRC低通滤波器(7)相连接。
2.如权利要求1所述的宽带亚毫米波四次谐波混频器，其特征在于本振高低阻抗低通滤波器(5)截止频率为100GHZ，中频CMRC低通滤波器(7)截止频率为20GHZ。
3.如权利要求1所述的宽带亚毫米波四次谐波混频器，其特征在于中频CMRC低通滤波器(7)所在的中频电路石英基板(16)与本振高低阻抗低通滤波器(5)所在的混频电路石英基板(15)结构齐平在腔体沟槽内，并通过金丝(6)连接，两个石英电路结构均通过导电胶固定在腔体内。
4.如权利要求1所述的宽带亚毫米波四次谐波混频器，其特征在于微带线最小线宽为0.02mm，石英基板线宽为0.35mm。金丝直径为25um。
5.如权利要求1所述的宽带亚毫米波四次谐波混频器，其特征在于290GHZ～320GHZ射频信号由10GHZ信号源通过32倍频器模块和2GHZ中频信号源混频产生。
6.如权利要求1所述的宽带亚毫米波四次谐波混频器，其特征在于混频产生的直流通过加在中频输出端(14)的直流接地端引出。
7.如权利要求1所述的宽带亚毫米波四次谐波混频器，其特征在于77GHZ信号源通过三倍频和衰减器模块产生。
8.如权利要求1所述的宽带亚毫米波四次谐波混频器，其特征在于中频CMRC低通滤波器(7)和本振高低阻抗低通滤波器(5)在本振波导微带过渡结构(9)同一侧。
9.如权利要求1所述的宽带亚毫米波四次谐波混频器，其特征在于本振波导微带过渡探针(8)通过高阻线与本振高低阻抗低通滤波器(5)相连接，本振高低阻抗低通滤波器(5)通过本振端阻抗匹配段(4)与肖特基反向并联二极管对(3)相连接，射频波导微带过渡探针(1)通过射频端阻抗匹配段(2)与肖特基反向并联二极管对(3)相连接。
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Cited By (1)
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| CN113534056B (zh) * | 2021-06-24 | 2024-01-19 | 南京信息工程大学 | 一种宽带毫米波二次谐波混频器 |
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