CN114928334A - 一种新型的平衡式肖特基三倍频结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型的平衡式肖特基三倍频结构，该结构包括：输入波导T型结、对称分布在输入波导T型结两个输出端之间，且对称设置的输入波导‑悬置微带转换结构、输入悬置微带匹配滤波结构和肖特基二极管、输出端共用探针结构。本发明提供的三倍频结构在无需任何冗余片上MIM电容的前提下实现了奇次谐波平衡输出，并且三倍频结构的电路能够通过传统的薄膜工艺、厚膜工艺以及单片集成工艺加工实现，工艺兼容适应性高；另外，这种通过电路对称性构建虚拟射频地和直流回路的设计，规避了电容的非理想因素影响，电路幅相平衡性高，具备高效率宽带的特点，适用于整个太赫兹频段的倍频器设计。

Description

一种新型的平衡式肖特基三倍频结构
技术领域
本发明属于倍频器技术领域，尤其涉及一种新型的平衡式肖特基三倍频结构。
背景技术
近年来，成像技术对分辨率和成像速度提出更高要求的同时推动了太赫兹应用系统向阵列化和高频化发展，进而提出了对大功率肖特基倍频源越来越高的需求。目前，太赫兹肖特基倍频源通常由一系列二倍频和三倍频的电路级联而成，其中平衡式三倍频电路由于其电路结构简单、变频效率高和变频次数高的特点受到广泛应用。
目前最常用的平衡式三倍频电路的原理如图1所示，其电路结构通过反向并联的二极管对构建了偶次谐波的锁定回路，实现三次谐波的平衡输出，其中最为关键的核心器件是基于单片工艺技术的片上MIM旁路电容，该电容在实现射频信号等效接地的同时能够实现直流供电，电容介质通常为SiN或者SiO2的材料(厚度几十纳米)。图1所示的三倍频电路是当前行业内最通用且效果最好的电路形式，但该电路还存在以下缺陷：该电路只能通过单片工艺进行实现，工艺兼容性低；其次，该电路的片上电容的Q值通常为2～7，意味着电容的等效阻抗具有3.7～20Ω的实部阻抗，该实部阻抗分量会造成额外的功劳损耗，导致基波、二次谐波和三次谐波等分量并不是完美接地，进而导致位于图1上下两侧的二极管的幅度一致性和相位差会与预定值发生偏差，幅相失衡，引起电路性能恶化。
发明内容
有鉴于此，本发明针对图1电路加工的高工艺需求以及片上电容非理想性导致的幅相失衡等技术缺陷，提出了一种新型的平衡式肖特基三倍频结构。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种新型的平衡式肖特基三倍频结构，所述结构包括：输入波导T型结、输入波导-悬置微带转换结构、输入悬置微带匹配滤波结构、肖特基二极管和输出端共用探针结构；
所述输入波导T型结具有一个输入端及两个输出端，提供两路幅度相等、相位相反的输入信号；
所述输入波导-悬置微带转换结构有两个，分别对称连接在输入波导T型结的两个输出端，且在输入波导-悬置微带转换结构上设置直流馈电端口；
所述输入悬置微带匹配滤波结构有两个，相对输入波导T型结的中线镜像对称分布，两个输入悬置微带匹配滤波结构的一端分别连接两个输入波导-悬置微带转换结构；
所述肖特基二极管有一对，一对肖特基二极管按虚拟镜像对称的方式，管结朝向呈镜像对称布置在薄膜电路上，且分别连接两个输入悬置微带匹配滤波结构连接；
所述输出端共用探针结构连接两个肖特基二极管，且提供一个镜像对称面和两个直流接地端口。
优选的，所述输入波导T型结采用铝或者铜加工。
优选的，所述输入波导T型结工作在TE模式。
优选的，所述输入悬置微带匹配滤波结构可以用石英或陶瓷薄膜电路实现或者GaAs单片电路实现。
优选的，所述输入悬置微带匹配滤波结构工作在TEM模式。
优选的，所述肖特基二极管采用采用传统导电胶粘接工艺或者焊接工艺连接在薄膜电路上。
优选的，所述输出端共用探针结构通过线宽为10～20um的高阻抗线接地的方式提供两个直流接地端口。
本发明的有益效果是：本发明公开了一种新型的平衡式肖特基三倍频结构，该结构通过在电路中建立等效的射频接地的直流通路，能够在保证电路平衡性的前提下同时提供完美的直流偏置通道，电路在无需任何冗余的片上MIM电容的前提下实现了和图1相同的奇次谐波平衡输出，并且电路能够通过传统的薄膜工艺、厚膜工艺以及单片集成工艺加工实现，工艺兼容适应性高；另外，这种通过电路对称性构建虚拟射频地和直流回路的设计，规避了电容的非理想因素影响，电路幅相平衡性高，具备高效率宽带的特点，适用于整个太赫兹频段的倍频器设计。
附图说明
图1为现有技术中最常用的平衡式三倍频电路的原理图；
图2为本发明实施例中新型的平衡式肖特基三倍频结构的结构示意图；
图3为本发明实施例中新型的平衡式肖特基三倍频结构的局部结构放大示意图；
图中：1.输入波导T型结 2.输入波导-悬置微带转换结构 3.输入悬置微带匹配滤波结构 4.肖特基二极管 5.输出端共用探针结构 101.输入端 102.第一输出端 103.第二输出端 201.直流馈电端口 501.直流接地端口 502.镜像对称面。
具体实施方式
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种如图2所示的新型的平衡式肖特基三倍频结构，其结构包括：输入波导T型结1、输入波导-悬置微带转换结构2、输入悬置微带匹配滤波结构3、肖特基二极管4和输出端共用探针结构5；
如图2所示，输入波导T型结1具有一个输入端101、第一输出端102和第二输出端103，输入波导T型结1为三倍频结构提供两路幅度相等、相位相反的输入信号S1和S2，图中箭头指向为输入波导T型结1中电场方向，输入波导T型结1可以采用铝或者铜等金属加工；
输入波导-悬置微带转换结构2有两个，分别连接在输入波导T型结1的第一输出端102和第二输出端103；所述输入波导-悬置微带转换结构2上设置直流馈电端口201，输入波导-悬置微带转换结构2将输入波导T型结1中的信号耦合至平面传输线，并具备集成的直流馈电网络，为肖特基二极管4提供直流馈电通道，进而可以省略掉了冗余的片上MIM电容；
输入悬置微带匹配滤波结构3有两个，两个输入悬置微带匹配滤波结构3的一端对称连接在输入波导-悬置微带转换结构2上，相对输入波导T型结的中线镜像对称分布；悬置微带匹配滤波结构3防止高次谐波泄露至输入波导T型结1中，输入悬置微带匹配滤波结构3可以用选择石英、氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷等薄膜基板加工或者GaAs单片电路实现。
肖特基二极管4有一对，如图2和图3所示，一对肖特基二极管4采用传统导电胶粘接工艺或者焊接工艺相对虚拟镜像面502对称连接在薄膜电路上，且肖特基二极管3的管结朝向相对虚拟镜像面502呈镜像对称，肖特基二极管4的另一端分别连接输入悬置微带匹配滤波结构3；
所述输出端共用探针结构5连接一对肖特基二极管4，且提供一个虚拟射频地，即图3中的虚拟镜像面502和两个直流接地端口501，输出端共用探针结构5在实现两只肖特基二极管4激励信号I1和I2合成的前提下，保证图3虚线代表的虚拟镜像面502处于等效射频地的位置，并且通过线宽为10～20um的高阻抗线接地的方式实现直流接地回路，保证了电路的平衡性和偏置特性。
在上述结构中，输入的电磁波在输入波导T型结1中工作在TE10模式，经过输入波导T型结1后划分为等幅反相的差分信号S1和S2，并经过镜像对称的输入波导-悬置微带转换结构2耦合至输入悬置微带匹配滤波结构3，并经过输入悬置微带匹配滤波结构3上的匹配滤波网络后作用于一对镜像对称的肖特基二极管4后激励出电流I1和I2。电流I1和I2中的高次谐波分量被输入悬置微带匹配滤波结构3网络限制，防止其泄露至输入端。输出端共用探针结构5为虚拟地&直流地共用探针结构，在输出端共用探针结构5中激励出总电流I＝I1+I2(如图3所示，I仅含有奇次谐波分量)，从而实现奇次谐波平衡输出。

Claims (7)

1.一种新型的平衡式肖特基三倍频结构，其特征在于，所述结构包括：输入波导T型结、输入波导-悬置微带转换结构、输入悬置微带匹配滤波结构、肖特基二极管和输出端共用探针结构；
所述输入波导T型结具有一个输入端及两个输出端，输入波导T型结提供两路幅度相等、相位相反的输入信号；
所述输入波导-悬置微带转换结构有两个，分别对称连接在输入波导T型结的两个输出端，且在输入波导-悬置微带转换结构上设置直流馈电端口；
所述输入悬置微带匹配滤波结构有两个，相对输入波导T型结的中线镜像对称分布，两个输入悬置微带匹配滤波结构的一端分别连接两个输入波导-悬置微带转换结构；
所述肖特基二极管有一对，一对肖特基二极管按虚拟镜像对称的方式，管结朝向呈镜像对称布置在薄膜电路上，且分别连接两个输入悬置微带匹配滤波结构连接；
所述输出端共用探针结构连接两个肖特基二极管，且提供一个镜像对称面和两个直流接地端口。
2.根据权利要求1所述的新型的平衡式肖特基三倍频结构，其特征在于，所述输入波导T型结采用铝或者铜加工。
3.根据权利要求1所述的新型的平衡式肖特基三倍频结构，其特征在于，所述输入波导T型结工作在TE模式。
4.根据权利要求1所述的新型的平衡式肖特基三倍频结构，其特征在于，所述输入悬置微带匹配滤波结构可以用石英或陶瓷薄膜电路实现或者GaAs单片电路实现。
5.根据权利要求1所述的新型的平衡式肖特基三倍频结构，其特征在于，所述输入悬置微带匹配滤波结构工作在TEM模式。
6.根据权利要求1所述的新型的平衡式肖特基三倍频结构，其特征在于，所述肖特基二极管采用采用传统导电胶粘接工艺或者焊接工艺连接在薄膜电路上。
7.根据权利要求1所述的新型的平衡式肖特基三倍频结构，其特征在于，所述输出端共用探针结构通过线宽为10～20um的高阻抗线接地的方式提供两个直流接地端口。
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