CN115000663B - 太赫兹波导结构及其中间腔体、电路结构及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太赫兹通信技术领域，尤其是涉及太赫兹波导结构及其中间腔体、电路结构及电子设备，所述中间腔体为波导腔体，中间腔体上设置有至少一个贯穿中间腔体的通孔，通孔内设置有导体，导体和通孔之间设置有绝缘层，通孔两端对应中间腔体侧壁用于安装电路单元，所述导体用于实现电路单元之间的连接。本发明只需要将电路单元安装在通孔两端对应中间腔体侧壁上，通过导体将两部分功能电路连接，就能完成对太赫兹系统电路集成，相较于现有技术，中间腔体不仅提高了腔体内部空间利用率，在应用过程中还能有效缩减了腔体的使用数量，实现太赫兹系统电路的小型化集成设置。

Description

太赫兹波导结构及其中间腔体、电路结构及电子设备

技术领域

本发明涉及太赫兹通信技术领域，尤其是涉及太赫兹波导结构及其中间腔体、电路结构及电子设备。

背景技术

太赫兹固态电子学各基本功能电路已经趋于成熟和稳定，基于单功能电路的各类系统原型机也陆续出现，涵盖了安全检查、高速通信、雷达成像、气象监测、生物医疗等诸多领域；为促进太赫兹系统更广泛的发展和应用，则需要将太赫兹系统向小型化集成方向开发。

太赫兹系统电路一般由多个功能电路构成，同时目前基于半导体技术的固态太赫兹器件主要是采用波导电路，在太赫兹频段，相比微带线等传统传输线，矩形波导结构具有功率容量大、传输损耗低、主模传输等优势；但由于太赫兹电路尺寸小，而矩形波导结构又需要在纯金属上进行微机械铣削加工，加工灵活性差，以至于基于现有技术，很难将一个波导结构加工至匹配一个完整的太赫兹系统电路，因此，基于加工效率和加工成本的考量，现有技术一般采用一个波导结构来匹配部分太赫兹系统电路，再通过多个波导结构组合来构成完整的太赫兹系统电路，然而该方式由于存多个波导结构，体积大，不能满足太赫兹系统小型化集成要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种太赫兹波导结构及其中间腔体、电路结构及电子设备，来解决现有技术中存在的上述技术问题，主要包括以下四个方面：

本申请第一方面提供了一种太赫兹波导结构的中间腔体，所述中间腔体为波导腔体，中间腔体上设置有至少一个贯穿中间腔体的通孔，通孔内设置有导体，导体和通孔之间设置有绝缘层，通孔两端对应中间腔体侧壁用于安装电路单元，所述导体用于实现电路单元之间的连接。

本申请第二方面提供了一种太赫兹波导结构，包括上腔体、下腔体、以及位于上腔体和下腔体之间的至少一个上述的中间腔体，所述上腔体和相邻的中间腔体之间设置有第一电路波导腔，所述下腔体和相邻的中间腔体之间设置有第二电路波导腔，第一电路波导腔、第二电路波导腔用于安放电路单元，第一电路波导腔通过导体和第二电路波导腔的连接。

进一步地，在太赫兹波导结构中包括至少两个中间腔体时，中间腔体沿纵向排列设置，相邻的两个中间腔体之间设置有用于安放电路单元的第三电路波导腔，所述导体用于实现第一电路波导腔、第二电路波导腔和第三电路波导腔中至少两者的连接。

进一步地，所述太赫兹波导结构还包括探针过度结构，探针过度结构用于与导体配合实现第一电路波导腔、第二电路波导腔和第三电路波导腔中至少两者的连接。

进一步地，所述导体与探针过度结构金丝键合连接。

进一步地，所述第一电路波导腔至少部分设置在上腔体和/或中间腔体上；第二电路波导腔至少部分设置在下腔体和/或中间腔体上；相邻的两个中间腔体中，第三电路波导腔至少部分设置在在上中间腔体和/或在下中间腔体上。

进一步地，所述绝缘层与导体连接，和/或，绝缘层与通孔连接。

进一步地，所述上腔体、中间腔体和下腔体上分别设置有连接孔，所述太赫兹波导结构还包括与连接孔相配合的连接件，所述连接件与连接孔的配合用于实现上腔体、中间腔体、下腔体中至少两者的连接。

进一步地，相邻的两个中间腔体，在下中间腔体的通孔与在上中间腔体的通孔一一对应设置。

进一步地，所述导体与导体所在通孔同轴设置。

本申请第三方面提供了一种太赫兹电路结构，所述太赫兹电路结构包括太赫兹系统电路和上述的太赫兹波导结构，第一电路波导腔和第二电路波导腔中至少一者设置有所述太赫兹系统电路的至少部分电路；或，第一电路波导腔、第二电路波导腔和第三电路波导腔中至少一者设置有所述太赫兹系统电路的至少部分电路。

本申请第四方面提供了一种电子设备，包括上述的中间腔体、上述的太赫兹波导结构、或上述的太赫兹电路结构。

本发明相对于现有技术至少具有如下技术效果：

本发明太赫兹波导结构、中间腔体、电路结构及电子设备，只需要将电路单元安装在通孔两端对应中间腔体侧壁上，通过导体将两部分功能电路单元连接，然后配合上腔体和下腔体对电路单元进行密封，就能完成对太赫兹系统电路在一个波导结构内的集成，相较于现有技术，中间腔体不仅提高了腔体内部空间利用率，在应用过程中还能有效缩减了腔体的使用数量，实现太赫兹系统电路的小型化集成设置；另外，由于金属腔体和绝缘层的良好屏蔽性能，可有效降低信号泄漏风险，从而避免外界电磁干扰对太赫兹传输信号传输造成不良影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明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，下面所描述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是本发明实施例1中的中间腔体的结构示意图；

图2是本发明实施例2中波导结构的结构示意图；

图3是图2中第一电路波导腔和第二电路波导腔的连接结构示意图；

图4是图2中仰视角度下上腔体的结构示意图；

图5是本发明实施例2中另一种波导结构的结构示意图；

图6是图5中第一电路波导腔、第二电路波导腔和第三电路波导腔的连接结构示意图；

图7是图6中太赫兹系统电路的电路单元连接示意图；

图中：

100、上腔体；110、第一电路波导腔；200、下腔体；210、第二电路波导腔；300、中间腔体；310、第三电路波导腔；410、通孔；420、导体；430、绝缘层；440、金丝键合；450、探针过度结构；500、连接孔；610、倍频放大器；620、本振倍频器；630、太赫兹分谐波混频器；640、太赫兹滤波器；650、中频低噪声放大器；660、中频滤波器。

具体实施方式

以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1：

本申请实施例提供了一种太赫兹波导结构的中间腔体300，如图1所示，所述中间腔体300为波导腔体，中间腔体300上设置有至少一个贯穿中间腔体的通孔410，通孔410内设置有导体420，导体420和通孔410之间设置有绝缘层430，通孔410两端对应中间腔体300侧壁用于安装电路单元，所述导体420用于实现电路单元之间的连接。

现有的太赫兹系统电路一般由多个功能电路单元构成，在采用矩形波导结构进行信号传输时，由于太赫兹电路尺寸小，而矩形波导结构又需要在纯金属上进行微机械铣削加工（基于E面剖分结构，将金属腔体从中间一分为二，切开后，铣刀从X方向伸进腔体中进行铣削加工，完成电路波导腔结构后，再通过螺钉，将上下两个腔体再进行合并固定，构成一个波导结构），加工灵活性差，基于加工效率和加工成本的考量，现有技术一般采用一个波导结构来匹配一个或多个电路单元，然后多个波导结构组合联用，利用波导法兰与螺钉进行连接，构成完整太赫兹系统电路，但这样组成的太赫兹系统电路中波导结构多，存在占用空间体积大的技术问题；而本实施例通过在现有的上腔体100和下腔体200之间增加一个中间腔体300，将功能电路单元安装在通孔两端对应中间腔体300侧壁上，通过导体420将两部分太赫兹系统电路连接，然后配合上腔体100和下腔体200对电路单元进行密封，就能完成对太赫兹系统电路在一个波导结构内的集成，相较于现有技术，中间腔体300不仅提高了波导腔体内部空间利用率，在应用过程中还能有效缩减了波导腔体的使用数量，实现太赫兹系统电路的小型化集成设置；另外，由于金属中间腔体300和绝缘层430的良好屏蔽性能，可有效降低信号泄漏风险，从而避免外界电磁干扰对太赫兹传输信号传输造成不良影响。

需要说明的是，所述功能电路单元是能够实现混频、倍频、放大、滤波、耦合中任一种功能的电路单元；上腔体100和下腔体200可以是金属波导腔体，也可以是具体密封功能且能够帮助实现信号在矩形波导内传输的密封件，如靠近中间腔体300一侧设置有波导腔槽的无氧铜板、黄铜板、或铝板。

实施例2：

本申请实施例提供了一种太赫兹波导结构，如图2~4所示，包括上腔体100、下腔体200、以及位于上腔体100和下腔体200之间的至少一个实施例1中的中间腔体300，所述上腔体100和相邻的中间腔体300之间设置有第一电路波导腔110，所述下腔体200和相邻的中间腔体300之间设置有第二电路波导腔210，第一电路波导腔110、第二电路波导腔210用于安放电路单元，第一电路波导腔110通过导体420和第二电路波导腔210的连接。

对于一个需要两个现有波导结构才能实现组合联用的太赫兹系统电路，利用第一电路波导腔110来承载一部分太赫兹系统电路中的功能电路单元，第二电路波导腔210承载另一部分太赫兹系统电路中的功能电路单元，再通过导体420将两部分太赫兹系统电路连接，就能完成对太赫兹系统电路集成，相较于现有技术，不仅提高了波导腔体内部空间利用率，还有效缩减了波导腔体的使用数量，实现太赫兹系统电路的小型化集成设置。

在一些实施例中，如图5和6所示，太赫兹波导结构中包括至少两个中间腔体300，中间腔体300沿纵向排列设置，相邻的两个中间腔体300之间设置有用于安放电路单元的第三电路波导腔310，所述导体420用于实现第一电路波导腔110、第二电路波导腔210和第三电路波导腔310中至少两者的连接。优选地，所述中间腔体300自上而下依次设置。

对于需要三个现有波导结构才能实现组合联用的太赫兹系统电路，如图6所示，利用第一电路波导腔110来承载第一部分太赫兹系统电路，第二电路波导腔210承载第二部分太赫兹系统电路，第三电路波导腔310承载第三部分太赫兹系统电路，按太赫兹系统电路中第一、二、三部分太赫兹系统电路沿信号传输方向的连接次序，通过导体420对第一电路波导腔110、第二电路波导腔210、第三电路波导腔310进行连接，让三部分太赫兹系统电路通过导体420实现信号传输，就能完成对太赫兹系统电路集成在一个波导结构内；同理，对于需要三个以上现有波导结构才能实现组合联用的太赫兹系统电路，相应地增加中间腔体300，然后依序通过导体420进行信号传输连接，就能将太赫兹系统电路集成在一个波导结构内，相较于现有技术，不仅提高了波导腔体内部空间利用率，还有效缩减了波导腔体的使用数量，实现太赫兹系统电路的小型化集成设置。

在一些实施例中，对于需要多个现有波导结构才能实现组合联用的太赫兹系统电路，可以采用本实施例波导结构与现有波导结构组合使用来承载太赫兹系统电路的方式来实现太赫兹系统电路的集成。

具体地，所述太赫兹波导结构还包括探针过度结构450，探针过度结构450用于与导体420配合实现第一电路波导腔110、第二电路波导腔210和第三电路波导腔310中至少两者的连接。优选地，所述上腔体100和相邻的中间腔体300之间、下腔体200和相邻的中间腔体300之间、两个相邻的中间腔体300之间分别设置有探针过度结构450。

在一些实施例中，波导结构中包含一个中间腔体300时，对于上腔体100和相邻的中间腔体300之间的探针过度结构450，让探针过度结构450的一端与第一电路波导腔110实现信号传输连接，探针过度结构450的另一端与导体420的一端信号传输连接，导体420的另一端与下腔体200和相邻中间腔体300之间的探针过度结构450的一端信号传输连接，下腔体200和相邻中间腔体300之间的探针过度结构450的另一端与第二电路波导腔210信号传输连接，有效保证太赫兹系统电路在波导结构内的信号传输稳定性。

具体地，所述导体420与探针过度结构450金丝键合440连接，方便波导结构和太赫兹系统电路之间的加工、拆分和组合。

具体地，所述第一电路波导腔110至少部分设置在上腔体100和/或中间腔体300上；第二电路波导腔210至少部分设置在下腔体200和/或中间腔体300上；相邻的两个中间腔体300中，第三电路波导腔310至少部分设置在在上中间腔体300和/或在下中间腔体300上。优选地，第一电路波导腔110的一半设置在上腔体100的下表面，第一电路波导腔110的另一半设置在相邻中间腔体300的上表面，第二电路波导腔210的一半设置在下腔体200的上表面，第二电路波导腔210的另一半设置在相邻中间腔体300的下表面；相邻两个中间腔体300中，第三电路波导腔310的一半设置在在下中间腔体300的上表面，第三电路波导腔310的另一半设置在在上中间腔体300的下表面。

在一些实施例中，对于第一电路波导腔110，可以选择上腔体100的下表面和相邻中间腔体300的上表面中的一者上设置较少部分第一电路波导腔110，上腔体100的下表面和相邻中间腔体300的上表面中的另一者上设置较多部分第一电路波导腔110；对于第二电路波导腔210，也可以选择相邻中间腔体300的下表面和下腔体200的上表面中的一者上设置较少部分第二电路波导腔210，将相邻中间腔体300的下表面和下腔体200的上表面中的另一者上设置较多部分第二电路波导腔210。

在一些实施例中，对于第三电路波导腔310，相邻两个中间腔体300中，在上中间腔体300的下表面和在下中间腔体300的上表面中的一者设置较少部分第三电路波导腔310，在上中间腔体300的下表面和在下中间腔体300的上表面中的另一者设置较多部分第三电路波导腔310。

在一些实施例中，对于第一电路波导腔110，可以选择上腔体100的下表面和相邻中间腔体300的上表面中的一者上第一电路波导腔110；对于第二电路波导腔210，也可以选择相邻中间腔体300的下表面和下腔体200的上表面中的一者上设置第二电路波导腔210；对于第三电路波导腔310，相邻两个中间腔体300中，在上中间腔体300的下表面和在下中间腔体300的上表面中的一者设置第三电路波导腔310。

具体地，所述绝缘层430与导体420连接，和/或，绝缘层430与通孔410连接；对于绝缘层430与导体420连接，可以选择现有的带绝缘包覆体的信号传输线，对于绝缘层430与通孔410连接，可以选择在通孔410内壁设置绝缘层430，具体可以通过喷涂绝缘材料来设置绝缘层430；此外，对于绝缘层430与导体420连接，同时绝缘层430与通孔410连接的情况，绝缘层430可以是绝缘包覆体同时与通孔410、导体420连接，也可以是多个绝缘体的组合使用，示例行的，可以选择绝缘包覆体和喷涂绝缘材料共同作为绝缘层，即采用带绝缘包覆体的信号传输线，配合通孔410内壁喷涂绝缘材料。优选地，所述绝缘层430包覆在导体420上。

具体地，所述上腔体100、中间腔体300和下腔体200上分别设置有连接孔500，所述太赫兹波导结构还包括与连接孔500相配合的连接件，所述连接件与连接孔500的配合用于实现上腔体100、中间腔体300、下腔体200中至少两者的连接。优选地，所述连接孔500为螺孔，所述连接件为与螺孔相匹配的螺栓，通过螺栓与螺孔的配合，实现上腔体100、中间腔体300和下腔体200的连接固定。

具体地，所述导体420与导体420所在通孔410同轴设置，降低信号泄露风险。

具体地，相邻的两个中间腔体300之间还设置有探针过度结构450，探针过度结构450用于与导体420配合实现第一电路波导腔110、第二电路波导腔210和第三电路波导腔310中至少两者的连接。

需要说明的是，相邻两个中间腔体300之间，在上导体420的底端可以与在下的探针过度结构450连接，在上导体420的底端也可以与在下导体420的顶端连接，下导体420的顶端可以与在上的探针过度结构450连接，下导体420的顶端也可以与在上导体420的底端连接，导体420的连接对象根据太赫兹系统电路的信号传输路线进行确定。

具体地，相邻的两个中间腔体300，在下中间腔体300的通孔410与在上中间腔体300的通孔410一一对应设置，方便选择合适的通孔410安装导体420对不同层的电路进行信号传输连接。

实施例3

本申请实施例提供了一种太赫兹电路结构，包括太赫兹系统电路，以及实施例2中的太赫兹波导结构，第一电路波导腔110、第二电路波导腔210和第三电路波导腔310中至少一者设置有所述太赫兹系统电路的至少部分电路。

在一些实施例中，如图6和图7所示，太赫兹电路结构中的太赫兹系统电路为一种太赫兹射频电路，包括太赫兹滤波器640，以及依次连接的倍频放大器610、本振倍频器620、太赫兹分谐波混频器630、中频低噪声放大器650和中频滤波器660，所述太赫兹滤波器640与太赫兹分谐波混频器630连接，采用包含两个中间腔体300的太赫兹波导结构，将倍频放大器610和本振倍频器620设置在第二电路波导腔210内，将太赫兹滤波器640和太赫兹分谐波混频器630设置在第三电路波导腔310内，将中频低噪声放大器650和中频滤波器660设置在第一电路波导腔110内，然后将第二电路波导腔210的信号输出端通过同层探针过度结构450，与在下中间腔体300中导体420的底端金丝键合440连接，将在下中间腔体300中导体420的顶端，与两个中间腔体300之间的探针过度结构450金丝键合440连接，让两个中间腔体之间的探针过度结构450与第三电路波导腔310的信号输入端连接；将第三电路波导腔310的信号输出端，与在上中间腔体300中导体420的底端金丝键合440连接，将在上中间腔体300中导体420的顶端，与上腔体100和在上中间腔体300之间的探针过度结构450金丝键合440连接，并在上腔体100和在上中间腔体300之间的探针过度结构450与第一电路波导腔110的信号输入端连接，第二电路波导腔210的信号输入端通过同层设置的输入矩形波导与信号源连接，第一电路波导腔110的信号输出端通过输出矩形波导实现信号输出，实现太赫兹电路结构的小型化集成设置。

实施例4

本申请实施例提供了一种电子设备，包括实施例1的中间腔体，实施例2的太赫兹波导结构，或实施例3的太赫兹电路结构。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太赫兹波导结构的中间腔体，其特征在于，所述中间腔体为波导腔体，中间腔体上设置有至少一个贯穿中间腔体的通孔，通孔内设置有导体，导体和通孔之间设置有绝缘层，通孔两端对应中间腔体侧壁用于安装电路单元，所述导体用于实现电路单元之间的连接。

2.一种太赫兹波导结构，其特征在于，包括上腔体、下腔体、以及位于上腔体和下腔体之间的至少一个权利要求1所述的中间腔体，所述上腔体和相邻的中间腔体之间设置有第一电路波导腔，所述下腔体和相邻的中间腔体之间设置有第二电路波导腔，第一电路波导腔、第二电路波导腔用于安放电路单元，第一电路波导腔通过导体和第二电路波导腔的连接。

3.如权利要求2所述的太赫兹波导结构，其特征在于，在太赫兹波导结构中包括至少两个中间腔体时，中间腔体沿纵向排列设置，相邻的两个中间腔体之间设置有用于安放电路单元的第三电路波导腔，所述导体用于实现第一电路波导腔、第二电路波导腔和第三电路波导腔中至少两者的连接。

4.如权利要求3所述的太赫兹波导结构，其特征在于，所述太赫兹波导结构还包括探针过渡结构，探针过渡结构用于与导体配合实现第一电路波导腔、第二电路波导腔和第三电路波导腔中至少两者的连接。

5.如权利要求4所述的太赫兹波导结构，其特征在于，所述导体与探针过渡结构金丝键合连接。

6.如权利要求3所述的太赫兹波导结构，其特征在于，所述第一电路波导腔至少部分设置在上腔体和/或中间腔体上；第二电路波导腔至少部分设置在下腔体和/或中间腔体上；相邻的两个中间腔体中，第三电路波导腔至少部分设置在上中间腔体和/或下中间腔体上。

7.如权利要求2~6任意一项所述的太赫兹波导结构，其特征在于，所述绝缘层与导体连接，和/或，绝缘层与通孔连接。

8.如权利要求2~6任意一项所述的太赫兹波导结构，其特征在于，所述导体与导体所在通孔同轴设置。

9.一种太赫兹电路结构，其特征在于，所述太赫兹电路结构包括太赫兹系统电路和权利要求2所述的太赫兹波导结构，第一电路波导腔和第二电路波导腔中至少一者设置有所述太赫兹系统电路的至少部分电路；或，所述太赫兹电路结构包括太赫兹系统电路和权利要求3~8任意一项所述的太赫兹波导结构，第一电路波导腔、第二电路波导腔和第三电路波导腔中至少一者设置有所述太赫兹系统电路的至少部分电路。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1所述的中间腔体、权利要求2~8任意一项所述的太赫兹波导结构、或权利要求9所述的太赫兹电路结构。

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