CN115694660B - 一种t型匹配谐振增强型光电探测器接收网络 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络，所述T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络包含探测器芯片、T型谐振匹配网络、偏置电路；T型谐振匹配网络与探测器连接，用于与负载阻抗匹配。本发明所述T型谐振匹配网络与探测器芯片匹配，可实现不同频段的光电探测器接收网络，适用于微波光子接收链路，提高链路增益。
Description
技术领域
本发明涉及微波光子领域中的光电子器件领域。更具体地，涉及一种T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络。
背景技术
近年来，随着微波光子学的快速发展，光学与微波信号的交叉转换问题得到了越来越多的重视，尤其是光波与微波的能量转换损失影响了微波光子的应用发展。微波光子链路本质是将微波信号加载到光路上，进行光信号处理，再进行光电接收转换成微波信号，进而实现对微波信号的传输、处理等功能。在其电光-光电的转换过程中，都存在非常大的能量损耗，严重限制了微波光子的应用和发展。
具体的，以探测器为例，常规的探测器采用50Ω电阻匹配实现宽带匹配，但存在7dB的能量损失，需要在光学器件与微波器件互联方面进行深入研究，如光学器件与微波器件互联中的高效率光电能量转换研究。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络，实现不同频段的光电探测器接收网络，适用于微波光子接收链路，提高链路增益。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
为解决上述技术问题，本发明提供了一种T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络包括：探测器、T型谐振匹配网络、偏置电路；
偏置电路与T型谐振匹配网络连接，用于向所述T型谐振匹配网络提供偏置电流；T型谐振匹配网络与探测器连接，用于与负载阻抗匹配。
优选地，所述T型谐振匹配网络包括：第一电阻、第一电感、第二电感、第三电感和第三电容；其中
第一电阻的第二端与第一电感的第一端连接，
第一电感的第二端分别与第二电感的第二端和第三电感的第一端连接，
第三电感的第二端与第三电容的第一端连接，
第三电容的第二端与负载的第一端连接，负载的第二端与第二电源端连接。
优选地，所述偏置电路包括第一电容和第二电容，第一电容和第二电容为滤波电容，其中
第一电容的第一端与第一电源端连接，第二端与第二电源端连接，
第二电容的第一端与第一电源端、第二电感的第一端连接，第二端与第一电容的第二端连接。
优选地，所述探测器包括：第二电阻和第四电容，其中
第二电阻为探测器结电阻，第四电容为探测器结电容。
优选地，所述T型谐振匹配网络中的第一电阻用于调谐电路增益和工作带宽。
优选地，所述T型谐振匹配网络中的第三电容用于隔离直流通交流。
优选地，所述T型谐振匹配网络中的第二电感用于提供偏置支路。
优选地，探测器包括：PIN结构探测器、UTC结构探测器和APD结构探测器中的任意一个。
优选地，探测器的寄生参数由第二电阻和第四电容决定，其中
第二电阻的第一端与第四电容的第一端连接，第二端与第二电源端连接；
第四电容的第一端与第一电阻的第一端连接，第二端与第二电阻的第二端连接。
本发明所述T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络能够实现探测器芯片到50Ω阻抗的变换，同时相比传统50Ω电阻匹配具有一定的增益效果，从而实现光波与微波能量的高效率转换。
本发明的有益效果如下：
本发明公开的T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络能够在窄带内实现阻抗匹配的同时，具有一定增益效果，实现高效率光波与微波能量转换，降低光电探测器与微波器件的互联损耗。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明一个具体的实施例T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络示意图。
图2示出传统光电探测器未匹配阻抗匹配电阻电路示意图。
图3示出传统光电探测器阻抗匹配电阻电路示意图。
图4示出传统光电探测器未匹配阻抗匹配电阻电路、匹配阻抗匹配电阻电路和本发明所述T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络传输曲线仿真结果示意图。
图5示出传统光电探测器未匹配阻抗匹配电阻电路、匹配阻抗匹配电阻电路和本发明所述T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络反射曲线仿真结果示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络，下面结合附图1-5对本发明作详细的描述。
本次发明采用T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络使得在所需频段内实现光器件到负载50Ω阻抗匹配，从而提高光电能量转换效率，降低光电探测器与微波器件的互联损耗。
如图1所示，一种T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络，包括探测器、T型谐振匹配网络、偏置电路；
偏置电路与T型谐振匹配网络连接，用于向所述T型谐振匹配网络提供偏置电流；T型谐振匹配网络与探测器连接，用于与负载RL阻抗匹配，T型谐振匹配网络，与探测器寄生参数相结合，用于实现窄带内的阻抗匹配。
所述T型谐振匹配网络，包括第一电阻R1、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第三电容C3；其中
第一电阻R1的第二端与第一电感L1的第一端连接；
第一电感L1的第二端分别与第二电感L2的第二端和第三电感L3的第一端连接；
第三电感L3的第二端与第三电容C3的第一端连接。
优选地，所述偏置电路，包括第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1和第二电容C2为滤波电容，其中第一电容C1和第二电容C2的不同取值可滤除第一电源端VCC不同频段的交流成分。
第一电容C1的第一端与第一电源端VCC连接，第二端与第二电源端VDD连接；
第二电容C2的第一端与第一电源端VCC、第二电感L2的第一端连接，第二端与第一电容C1的第二端连接。
优选地，所述探测器，包括第二电阻R0和第四电容Cj，其中
第二电阻R0为探测器反偏PN结电阻，第四电容Cj为探测器反偏PN结电容。
T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络还包括负载RL。
优选地，所述偏置电路中的第一电源端VCC用于为偏置电路提供偏置电压。
优选地，所述T型谐振匹配网络中的第一电阻R1用于调谐光电探测器接收网络的增益和工作带宽。
优选地，所述T型谐振匹配网络中的第三电容C3用于隔直流通交流。
优选地，所述T型谐振匹配网络中的第二电感L2用于提供偏置支路。
优选地，探测器的寄生参数由第二电阻R0和第四电容Cj决定，其中
第二电阻R0的第一端与第四电容Cj的第一端连接，第二端与第二电源端VDD连接；
第四电容Cj的第一端与第一电阻R1的第一端连接，第二端与第二电阻R0的第二端连接。
如图2所示，传统光电探测器未匹配阻抗匹配电阻电路，包括电阻R0，电容Cj和负载RL；其中
电阻R0的第一端与电容Cj的第一端连接，第二端接地；电容Cj的第一端与负载RL的第一端连接，第二端与负载RL的第二端连接。
在微波光子学应用中，探测器需要与微波器件实现50Ω阻抗匹配，从而实现光器件与微波器件互联。常规探测器采用R_＝50Ω电阻进行阻抗匹配。
如图3所示，传统光电探测器匹配阻抗匹配电阻电路，包括电阻R0，电容Cj，阻抗匹配电阻R_和负载RL；其中
电阻R0的第一端与电容Cj的第一端连接，第二端接地；电容Cj的第一端与阻抗匹配电阻R_的第一端连接，第二端与阻抗匹配电阻R_的第二端连接；阻抗匹配电阻R_的第一端与负载RL的第一端连接，第二端与负载RL的第二端连接。
采用阻抗匹配电阻R_与负载RL并联分流，从而使得有用信号降低6dB，但是采用50Ω电阻匹配光电探测器与微波器件互联存在6dB插损。
当本发明第二电阻R0＝1MΩ，第四电容Cj＝150fF，针对5GHz频点仿真，采用理想元器件进行仿真，其仿真结果如图4-5所示。
由图4-5仿真结果可知，本申请在采用50Ω电阻匹配，在0-10GHz范围内可以实现宽带匹配，存在6dB插损；但是针对5GHz频点，相比未匹配电路具有12dB增益，相比50Ω电阻匹配具有18dB能量提升。
由此可见，所述T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络能够实现探测器芯片到50Ω阻抗的变换，同时相比传统50Ω电阻匹配具有一定的增益效果，从而实现光波与微波能量的高效率转换。
本发明采用T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络使得在所需频段内实现光器件到负载50Ω阻抗匹配，从而提高光电能量转换效率，降低光电探测器与微波器件的互联损耗。
在本发明的描述中，需要说明的是，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (5)
1.一种T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络，其特征在于，包括：探测器、T型谐振匹配网络、偏置电路；
偏置电路与T型谐振匹配网络连接，用于向所述T型谐振匹配网络提供偏置电流；T型谐振匹配网络与探测器连接，用于与负载的阻抗匹配；
所述T型谐振匹配网络包括第一电阻、第一电感、第二电感、第三电感和第三电容；其中
第一电阻的第二端与第一电感的第一端连接，
第一电感的第二端分别与第二电感的第二端和第三电感的第一端连接，
第三电感的第二端与第三电容的第一端连接，
第三电容的第二端与负载的第一端连接，负载的第二端与第二电源端连接；
所述偏置电路包括第一电容和第二电容，第一电容和第二电容为滤波电容，其中
第一电容的第一端与第一电源端连接，第二端与第二电源端连接，
第二电容的第一端与第一电源端、第二电感的第一端连接，第二端与第一电容的第二端连接；
所述探测器包括：第二电阻和第四电容，其中第二电阻为探测器结电阻，第四电容为探测器结电容；
探测器的寄生参数由第二电阻和第四电容决定，其中
第二电阻的第一端与第四电容的第一端连接，第二端与第二电源端连接；
第四电容的第一端与第一电阻的第一端连接，第二端与第二电阻的第二端连接。
2.如权利要求1所述的T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络，其特征在于，所述T型谐振匹配网络中的第一电阻用于调谐电路增益和工作带宽。
3.如权利要求1所述的T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络，其特征在于，所述T型谐振匹配网络中的第三电容用于隔离直流通交流。
4.如权利要求1所述的T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络，其特征在于，所述T型谐振匹配网络中的第二电感用于提供偏置支路。
5.如权利要求1所述的T型匹配谐振增强型光电探测器接收网络，其特征在于，探测器包括，PIN结构探测器、UTC结构探测器和APD结构探测器中的任意一个。
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