CN114335947A - 基于无源宽带结构的太赫兹混频器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于无源宽带结构的太赫兹混频器，包括依次连接的软基片和砷化镓基片，砷化镓基片固定于金属腔体内并与金属腔体适配；砷化镓基片上依次穿设有射频接地结构、射频探针过渡结构、本振滤波结构、本振探针双工结构和中频低通滤波结构；本振滤波结构与射频探针过渡结构之间还设有反向并联肖特基二极管对，反向并联肖特基二极管对倒置在砷化镓基片上；本发明采用的匹配电路更为简单，减少电路损耗及变频损耗，极大的提高了二极管的工作频率和稳定性。通过射频直接接地的处理方法可以实现更大的工作带宽，克服了传统射频地回路设计因采用四分之一波长线接地而带来的窄带特性的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于微波射频技术领域，具体涉及一种基于无源宽带结构的太赫兹混频器。
背景技术
在太赫兹波通信、雷达等领域中，如同毫米波一样，需要对高频率、强度弱的信号进行处理，这时候就要用到超外差接收机。超外差接收机主要包括射频滤波放大器、混频器、中频滤波放大器以及检测器等部件，其中混频器所实现的是上变频和下变频功能，是接收机中的关键组成部分，在很大层面上影响到接收机的指标。然而，由于缺少成熟的太赫兹低噪放芯片，太赫兹接收前端的第一级通常是太赫兹混频器，因此，混频器的指标极大的影响着接收系统的整体性能。例如，在太赫兹频段带宽直接影响系统的工作频带。
固态太赫兹下变频主要是用GaAs肖特基二极管实现。作为典型的电路设计模型，基于肖特基二极管的太赫兹分谐波混频器的无源电路均包含了射频过渡、本振低通滤波器和本振中频双工器。传统的太赫兹混频都采用了石英基片作为微带传输电路，在工程中发现石英基片极易断裂，并且装配与加工的难度较大。
相关技术中，相比较于谐波混频，用基波混频方式设计的混频器得到的性能指标更为出色，但是对于较高的频段，所需要的本振造价就会比较昂贵，并且系统复杂度比较高。同时为了获得更大的带宽收益，射频和本振匹配电路往往会比较复杂，臃肿，而过于复杂的匹配电路不仅会增减电路尺寸，也会增加电路的损耗，导致变频损耗变大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于无源宽带结构的太赫兹混频器，以解决现有技术中射频和本振匹配电路比较复杂，导致变频损耗大的问题。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种基于无源宽带结构的太赫兹混频器，包括：依次连接的软基片和砷化镓基片，所述砷化镓基片固定于金属腔体内并与所述金属腔体适配；
所述砷化镓基片上依次穿设有射频接地结构、射频探针过渡结构、本振滤波结构、本振探针双工结构和中频低通滤波结构；
所述本振滤波结构与射频探针过渡结构之间还设有反向并联肖特基二极管对，所述反向并联肖特基二极管对倒置在所述砷化镓基片上。
进一步的，所述射频探针过渡结构，包括：射频探针和第一波导体；
所述射频探针两侧设有高阻线，所述高阻线用于阻抗匹配；
所述第一波导体采用倒角结构。
进一步的，所述本振探针双工结构，包括：本振探针和第二波导体；
所述本振探针两侧设有高阻线，所述高阻线用于阻抗匹配；
所述第二波导体采用倒角结构。
进一步的，所述本振滤波结构，包括：
第一微带线、第二微带线、第三微带线以及第四微带线；
所述第一微带线、第二微带线、第三微带线以及第四微带线以所述第二微带线和第三微带线连接线的中点所在垂直线为对称轴对称设置。
进一步的，所述中频低通滤波结构，包括：
第五微带线、第六微带线、第七微带线以及第八微带线；
所述第五微带线、第六微带线、第七微带线以及第八微带线以所述第六微带线和第七微带线连接线的中点所在垂直线为对称轴对称设置。
进一步的，所述第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线、第七微带线以及第八微带线均采用高低阻抗微带线。
进一步的，所述射频接地结构上设有电容性微带区域，所述射频接地结构通过金丝接地。
进一步的，所述软基片上设有第九微带线；
所述软基片的厚度为0.127mm或者0.254mm。
进一步的，所述砷化镓基片通过导电胶粘贴固定于金属腔体内；
所述砷化镓基片的厚度范围为50um-100um。
进一步的，所述射频探针、本振探针均为铜导体。
本发明采用以上技术方案，能够达到的有益效果包括：
本发明提出了采用砷化镓基片作为微带介质，包括依次连接的软基片和砷化镓基片，砷化镓基片固定于金属腔体内并与金属腔体适配；砷化镓基片上依次穿设有射频接地结构、射频探针过渡结构、本振滤波结构、本振探针双工结构和中频低通滤波结构；本振滤波结构与射频探针过渡结构之间还设有反向并联肖特基二极管对，反向并联肖特基二极管对倒置在砷化镓基片上；本发明极大的提高了二极管的工作频率和稳定性，通过射频直接接地的处理方法可以实现更大的工作带宽，克服了传统射频地回路设计因采用四分之一波长线接地而带来的窄带特性的缺陷，除此之外，本申请采用的匹配电路更为简单，减少电路损耗及变频损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种基于无源宽带结构的太赫兹混频器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
下面结合附图介绍本申请实施例中提供的一个具体的基于无源宽带结构的太赫兹混频器。
如图1所示，本申请实施例中提供的基于无源宽带结构的太赫兹混频器，包括依次连接的软基片1和砷化镓基片2，所述砷化镓基片2固定于金属腔体内并与所述金属腔体适配；
所述砷化镓基片2上依次穿设有射频接地结构21、射频探针过渡结构22、本振滤波结构23、本振探针双工结构24和中频低通滤波结构25；
所述本振滤波结构23与射频探针过渡结构22之间还设有反向并联肖特基二极管对26，所述反向并联肖特基二极管对26倒置在所述砷化镓基片2上。
基于无源宽带结构的太赫兹混频器的工作原理为：可以理解的是，本申请中的中频输出结构为5880软基片1，通过金丝101键合的方式与砷化镓基片2连接，5880软基片1焊接SMA-K接头。金属腔体用于形成射频馈入波导和本振馈入波导，其中本振探针双工结构24即为本振减高波导，射频探针过渡结构22即为射频减高波导。其中，射频馈入波导采用标准波导WR-8。本振馈入波导采用标准波导WR-19。本发明采用砷化镓基片2作为微带介质，能够很好地解决介质基片容易断裂的问题。本申请中采用反向并联肖特基二极管对26与传统谐波混频器相比，采用一对反向平行二极管的分谐波混频器抑制了本振和信号间的基波混合分量和很多高次分量，因此它的变频损耗几乎与同样射频信号的普通基波混频器那样低。
一些实施例中，所述射频探针过渡结构22，包括：射频探针221和第一波导体222；
所述射频探针221两侧设有高阻线，所述高阻线用于阻抗匹配；
所述第一波导体222采用倒角结构。
具体的，第一波导体222通过第二波导体242进行阻抗匹配，通过探针402进行过渡，射频探针221左右两侧为高阻线，目的为阻抗匹配，将设计好的第一波导体222波导为倒角结构。
一些实施例中，所述本振探针双工结构24，包括：本振探针241和第二波导体242；
所述本振探针241两侧设有高阻线，所述高阻线用于阻抗匹配；
所述第二波导体242采用倒角结构。
具体的，本申请中第二波导体242通过第一波导体221进行阻抗匹配，通过本振探针241进行过渡，探针左右两侧为高阻线，目的为阻抗匹配，将第二波导体242进行倒角设计。
优选的，所述本振滤波结构23，包括：
第一微带线231、第二微带线232、第三微带线233以及第四微带线234；
所述第一微带线231、第二微带线232、第三微带线233以及第四微带线234以所述第二微带线232和第三微带线233连接线的中点所在垂直线为对称轴对称设置。
优选的，所述中频低通滤波结构25，包括：
第五微带线251、第六微带线252、第七微带线253以及第八微带线254；
所述第五微带线251、第六微带线252、第七微带线253以及第八微带线254以所述第六微带线252和第七微带线253连接线的中点所在垂直线为对称轴对称设置。其中，多个高低阻抗微带线303、304、305组成，能够保证在工作频段内由较大的带宽
优选的，所述第一微带线231、第二微带线232、第三微带线233、第四微带线234、第五微带线251、第六微带线252、第七微带线253以及第八微带线254均采用高低阻抗微带线。
其中，本申请中本振滤波结构23采用多个高低阻抗微带线(所述第一微带线231、第二微带线232、第三微带线233以及第四微带线234)组成，能够保证在工作频段内由较大的带宽。所述中频低通滤波结构25由多个高低阻抗微带线(第五微带线251、第六微带线252、第七微带线253以及第八微带线254)组成，能够保证在工作频段内有较大的带宽。
优选的，所述射频接地结构21通过金丝102接地。本申请中射频接地结构21可以采用银浆涂抹，基片侧壁金属化，金丝键合等方式实现接地。射频接地结构21上设有电容性微带区域211。
优选的，所述软基片1上设有第九微带线；中频信号通过第九微带线输出。
所述软基片1的厚度为0.127mm或者0.254mm。
优选的，所述砷化镓基片2通过导电胶粘贴固定于金属腔体内；
所述砷化镓基片2的厚度范围为50um-100um。
优选的，所述射频探针221、本振探针均为铜导体。
可以理解的是，本申请中本振滤波结构23采用本振低通滤波器，中频低通滤波结构25采用中频低通滤波器，其中，本振低通滤波器和中频低通滤波器均采用7阶滤波器。
综上所述，本发明提供一种基于无源宽带结构的太赫兹混频器，包括依次连接的软基片和砷化镓基片，所述砷化镓基片固定于金属腔体内并与所述金属腔体适配；所述砷化镓基片上依次穿设有射频接地结构、射频探针过渡结构、本振滤波结构、本振探针双工结构和中频低通滤波结构；所述本振滤波结构与射频探针过渡结构之间还设有反向并联肖特基二极管对，所述反向并联肖特基二极管对倒置在所述砷化镓基片上。本发明提供的基于无源宽带结构的太赫兹混频器，采用的匹配电路更为简单，减少电路损耗及变频损耗，不会引入二极管倒贴粘接带来的寄生电容电感以及人工装配误差，极大的提高了二极管的工作频率和稳定性。通过射频直接接地的处理方法可以实现更大的工作带宽。克服了传统射频地回路设计因采用四分之一波长线接地而带来的窄带特性的缺陷。
可以理解的是，上述提供的系统实施例与上述的方法实施例对应，相应的具体内容可以相互参考，在此不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令方法的制造品，该指令方法实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于无源宽带结构的太赫兹混频器，其特征在于，包括依次连接的软基片和砷化镓基片，所述砷化镓基片固定于金属腔体内并与所述金属腔体适配；
所述砷化镓基片上依次穿设有射频接地结构、射频探针过渡结构、本振滤波结构、本振探针双工结构和中频低通滤波结构；
所述本振滤波结构与射频探针过渡结构之间还设有反向并联肖特基二极管对，所述反向并联肖特基二极管对倒置在所述砷化镓基片上。
2.根据权利要求1所述的基于无源宽带结构的太赫兹混频器，其特征在于，所述射频探针过渡结构，包括：射频探针和第一波导体；
所述射频探针两侧设有高阻线，所述高阻线用于阻抗匹配；
所述第一波导体采用倒角结构。
3.根据权利要求1所述的基于无源宽带结构的太赫兹混频器，其特征在于，所述本振探针双工结构，包括：本振探针和第二波导体；
所述本振探针两侧设有高阻线，所述高阻线用于阻抗匹配；
所述第二波导体采用倒角结构。
4.根据权利要求1所述的基于无源宽带结构的太赫兹混频器，其特征在于，所述本振滤波结构，包括：
第一微带线、第二微带线、第三微带线以及第四微带线；
所述第一微带线、第二微带线、第三微带线以及第四微带线以所述第二微带线和第三微带线连接线的中点所在垂直线为对称轴对称设置。
5.根据权利要求4所述的基于无源宽带结构的太赫兹混频器，其特征在于，所述中频低通滤波结构，包括：
第五微带线、第六微带线、第七微带线以及第八微带线；
所述第五微带线、第六微带线、第七微带线以及第八微带线以所述第六微带线和第七微带线连接线的中点所在垂直线为对称轴对称设置。
6.根据权利要求5所述的基于无源宽带结构的太赫兹混频器，其特征在于，
所述第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线、第七微带线以及第八微带线均采用高低阻抗微带线。
7.根据权利要求1所述的基于无源宽带结构的太赫兹混频器，其特征在于，
所述射频接地结构上设有电容性微带区域，所述射频接地结构通过金丝接地。
8.根据权利要求7所述的基于无源宽带结构的太赫兹混频器，其特征在于，
所述软基片上设有第九微带线；
所述软基片的厚度为0.127mm或者0.254mm。
9.根据权利要求1所述的基于无源宽带结构的太赫兹混频器，其特征在于，
所述砷化镓基片通过导电胶粘贴固定于金属腔体内；
所述砷化镓基片的厚度范围为50um-100um。
10.根据权利要求1所述的基于无源宽带结构的太赫兹混频器，其特征在于，
所述射频探针、本振探针均为铜导体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Pu Inventor after: Mou Cong Inventor before: Wang Pu Inventor before: Yang Zhouming Inventor before: Mou Cong |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220412 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |