CN116914391B - 一种适用于二维阵列布局的太赫兹波导混频器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太赫兹通信领域，具体涉及一种适用于二维阵列布局的太赫兹波导混频器，该波导混频器包括上腔体和下腔体，下腔体与下腔体对接形成波导结构；所述上腔体与下腔体对接后的中轴线的一端端部设有本振端口和射频端口，另一端设有一端端部设有中频端口。通过采用本振端口与射频端口共用第一非标法兰的设计，解决了传统太赫兹混频器应用在二维阵列布局中出现体积大、布置复杂、难装配等问题。在二维阵列布局时，本发明的太赫兹波导混频器可以直接紧凑地组阵，无需从每一个单元的侧边引线，大幅度减少了系统的体积。

Description

一种适用于二维阵列布局的太赫兹波导混频器
技术领域
本发明属于太赫兹通信领域，具体涉及一种适用于二维阵列布局的太赫兹波导混频器。
背景技术
太赫兹波是频率介于100GHz到10THz的电磁波，具有高穿透性、天然大宽带、低单光子能量等优点，被广泛应用于生物医疗、通信以及星间通信技术等领域。由于太赫兹波频率较高，为了得到稳定可靠的信号源，常常需要利用混频器实现太赫兹波信号频率的变化。
为方便链接和测试，传统的混频器设计了中频、本振、射频三个独立的端口，每个端口分别加载一个对应的法兰或者连接头，并分别位于混频器腔体的三个侧面。这样的端口布局会使混频器体积过大，当其应用于天线阵列、尤其是在太赫兹相控阵天线系统中时，受天线系统空间限制，无法将三个端口引出，导致其仅能进行一维线性阵列布局，最致使相控阵仅能一维电扫描，限制了通信的覆盖范围。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种适用于二维阵列布局的太赫兹波导混频器，以解决现有混频器因端口布局导致体积过大，无法适用于二维阵列布局的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种适用于二维阵列布局的太赫兹波导混频器，包括上腔体和下腔体，下腔体与下腔体对接形成波导结构；
所述上腔体和下腔体的相对面上均开设有波导槽；通过上腔体与下腔体之间的两波导槽对接内嵌有混频器电路；所述混频器电路包括石英基板、以及形成于石英基板之上的电路结构，电路结构包括中频信号通路、本振信号通路和射频信号通路，中频信号与本振信号经各自通路在并联二极管对处进行谐波混频产生太赫兹信号，经射频波导后，由射频端口输出；
所述上腔体与下腔体对接后的中轴线的一端设有本振端口和射频端口，另一端设有设有中频端口。
进一步的，所述中频信号通路包括依次连接的接地共面波导和中频低通滤波器，接地共面波导连接中频端口，中频低通滤波器连接并联二极管对。
进一步的，所述本振信号通路包括依次连接的本振波导和本振低通滤波器；本振波导具有短路枝节，其与本振端口连接；本振低通滤波器连接并联二极管对。
进一步的，射频通路包括带有短路枝节的射频波导，射频波导的一端连接并联二极管对，另一端连接射频端口。
进一步的，所述适用于二维阵列布局的太赫兹波导混频器还包括第一非标法兰和第一标准法兰，本振端口和射频端口通过第一非标法兰与外部连接器相连，中频端口通过第一标准法兰与外部连接器相连。
一种用于上述适用于二维阵列布局的太赫兹波导混频器的测试装置，包括本振弯折波导和射频弯折波导，本振弯折波导与射频弯折波导结构相同，本振弯折波导的第一端与射频弯折波导的第一端并行、且紧密连接在一起，以使两者的第一端端口与第二非标法兰相连，本振弯折波导的第二端与射频弯折波导的第二端分别向两侧弯折形成T型结构，本振弯折波导的第二端端口与射频弯折波导的第二端端口各对应设置一个第二标准法兰。
采用上述技术方案后，本发明具有了以下优点：
1、本发明的太赫兹波导混频器，通过在上腔体与下腔体对接后的中轴线的一端，设本振端口和射频端口，另一端设设中频端口；使本振端口与射频端口共用第一非标法兰，解决了传统太赫兹混频器应用于二维阵列布局时，存在的体积大、布置复杂、难装配等问题。在二维阵列布局时，本发明的太赫兹波导混频器可以直接紧凑地组阵，无需从每一个单元的侧边引线，大幅度减少了系统的体积。
2、本发明的测试装置，通过本振弯折波导的第一端与射频弯折波导的第一端并行、且紧密连接在一起，以使两者的第一端端口共用第二非标法兰，本振弯折波导的第二端与射频弯折波导的第二端分别朝向两侧弯折形成T型结构，能够将射频端口与本振端口分别独立引出进行性能测试。保证该混频器连接上测试件即可进行性能测试，取下测试件则可以直接应用于通信系统中。
附图说明
图1为本发明中太赫兹波导混频器模型；
图2为本发明太赫兹波导混频器模型空气填充的腔体电路；
图3为本发明中太赫兹波导混频器对应的拓展测试模块；
图4为本发明中太赫兹波导混频器拓展测试模块内部模型图；
图5为本发明中太赫兹混频器与拓展模块级联后用作性能测试时的模型图；
图6为本发明中太赫兹混频器与拓展模块级联后用作性能测试时的模型内部图；
图7为本发明中太赫兹混频器单独应用于二维阵列中时的阵列布局图；
附图标记：
1、第一非标法兰，2、上腔体，3、下腔体，4、中频端口，5、本振端口，6、射频端口， 7、预留装配空间，8、第二标准法兰，9、第二非标法兰，10、本振弯折波导的第一端端口，11、本振弯折波导的第二端端口，12、射频弯折波导的第一端端口，13、射频弯折波导的第二端端口，14、装配中频连接器的预留模块。
具体实施方式
为了说明本发明所述的技术方案，下面结合附图与具体实施例来进行说明。
如图1、图2所示，本实施例提供的一种适用于二维阵列布局的太赫兹波导混频器，包括上腔体2、下腔体3、第一非标法兰1和第一标准法兰。
所述上腔体2与下腔体3对接形成波导结构。本实施例中，下腔体3中开有5个螺纹孔，上腔体2开有与上腔体对应数量的通孔，上腔体2与下腔体3之间通过通孔与螺纹孔对准实现装配。所述上腔体2与下腔体3对接后的中轴线的一端设有本振端口5和射频端口6，另一端设有中频端口4。本振端口5和射频端口6均通过第一非标法兰1与外部连接器相连，中频端口4通过第一标准法兰与外部连接器相连。
上腔体2与下腔体3的相对面上均开设有波导槽；上腔体2与下腔体3之间的两波导槽对接后内嵌有混频器电路。所述混频器电路包括石英基板、以及形成于石英基板之上的电路结构。电路结构包括中频信号通路、本振信号通路和射频信号通路。
所述中频信号通路包括依次连接的接地共面波导和中频低通滤波器，接地共面波导连接中频端口4，中频低通滤波器连接并联二极管对。所述本振信号通路包括依次连接的本振波导和本振低通滤波器。本振波导具有短路枝节，与本振端口5连接。本振低通滤波器连接并联二极管对。射频通路包括具有短路枝节的射频波导，射频波导的一端连接并联二极管对，另一端连接射频端口6。中频端口4输入中频信号，经中频低通滤波器进行中频滤波；本振端口5输入本振信号，经本振低通滤波器进行本振低通滤波；经过滤波的中频信号与滤波后的本振信号在并联二极管对处进行谐波混频，产生太赫兹信号，并从射频波导处输出到射频端口6处。
本实施例的太赫兹波导混频器的射频端口6与本振端口5位于波导结构的相同侧，射频端口6与本振端口5的极化方向一致，且共用第一非标法兰1，在第一非标法兰处设有装配中频连接器的预留模块14。与传统的三个端口分别位于混频器三侧的方案相比，本实施例无需从单个太赫兹波导混频器的侧面进行额外的引线，大幅度减少了阵列的体积以及装配的复杂度。
图7为本发明中太赫兹混频器单独应用于二维阵列中时的阵列布局图。从图7可以看出，在二维阵列布局时，本实施例的太赫兹波导混频器可以将本振端口5、射频端口6看做一个整体，在该侧通过第一非标法兰1引出本振端口5和射频端口6，通过第一标准法兰引出中频端口4即可正常工作，且整列体积最小。
由于本实施例的太赫兹波导混频器的射频端口6和本振端口5共用第一非标法兰1，而常规测试平台的拓频模块法兰为单端口设计，且法兰尺寸与第一非标法兰1的尺寸会存在一些区别。为此，本实施例针对上述适用于二维阵列布局的太赫兹波导混频器，提供了一种适用于二维阵列布局的太赫兹波导混频器的测试装置。
如图3、图4所示，该太赫兹波导混频器的测装置，包括本振弯折波导和射频弯折波导，本振弯折波导与射频弯折波导结构相同。本振弯折波导的第一端与射频弯折波导的第一端并行、且紧密连接在一起，以使本振弯折波导的第一端端口10和射频弯折波导的第一端端口12共用第二非标法兰9。本振弯折波导的第二端与射频弯折波导的第二端分别朝向两侧弯折，形成T型结构。本振弯折波导的第二端端口11与射频弯折波导的第二端端口13各设一个第二标准法兰8。放置适用于二维阵列布局的太赫兹波导混频的预留装配空间7，分别位于中频端口4处、以及射频端口6与本振端口5之间的区域。
测试时，如图5、图6所示，将本实施例太赫兹波导混频器的第一非标法兰1与本实施例测试模块的第二非标法兰9对接、太赫兹波导混频器的第一标准法兰与本实施例测试模块的第二标准法兰8对接，即可进行测试。
上述实施例仅说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明，仅为帮助理解本发明原理，本发明保护范围亦不限于上述的配置和实施例，本领域技术人员可以根据公开技术做出不脱离本发明实质的其他各种具体变形与组合，但仍在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种适用于二维阵列布局的太赫兹波导混频器，包括上腔体和下腔体、第一非标法兰和第一标准法兰，下腔体与下腔体对接形成波导结构，其特征在于：
所述上腔体和下腔体的相对面上均开设有波导槽；通过上腔体与下腔体之间的两波导槽对接内嵌有混频器电路；所述混频器电路包括石英基板、以及形成于石英基板之上的电路结构，电路结构包括中频信号通路、本振信号通路和射频信号通路，中频信号与本振信号经各自通路在并联二极管对处进行谐波混频产生太赫兹信号，经射频波导后，由射频端口输出；
所述上腔体和下腔体对接后的中轴线的一端设有本振端口和射频端口，另一端设有中频端口；本振端口和射频端口通过第一非标法兰与外部连接器相连，中频端口通过第一标准法兰与外部连接器相连。
2.如权利要求1所述的一种适用于二维阵列布局的太赫兹波导混频器，其特征在于：所述中频信号通路包括依次连接的接地共面波导和中频低通滤波器，接地共面波导连接中频端口，中频低通滤波器连接并联二极管对。
3.如权利要求1所述的一种适用于二维阵列布局的太赫兹波导混频器，其特征在于：所述本振信号通路包括依次连接的本振波导和本振低通滤波器，本振波导具有短路枝节，其与本振端口连接，本振低通滤波器连接并联二极管对。
4.如权利要求1所述的一种适用于二维阵列布局的太赫兹波导混频器，其特征在于：射频通路包括带有短路枝节的射频波导，射频波导一端连接并联二极管对，另一端连接射频端口。
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