CN116996025B - 一种太赫兹镜像抑制混频器、通信电路及通信设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太赫兹镜像抑制混频器、通信电路及通信设备。太赫兹电路设置于与第一电路层，中频电路设置于第二电路层；太赫兹电路和中频电路通过第一SMP连接器和第二SMP连接器实现垂直互联。其中，太赫兹电路的第一中频信号输出端与第一SMP连接器的阴头连接，第二中频信号输出端与第二SMP连接器的阴头连接；第一SMP连接器的阳头与中频电路的高边带信号输入端连接，第二SMP连接器的阳头与中频电路的低边带信号输入端连接。实现了太赫兹电路和中频电路的垂直互联，且太赫兹电路和中频电路之间可通过重复插拔的方式实现拆分，可分别对太赫兹正交混频器的性能和中频电路的性能进行测试，从而寻找最佳工作点，以实现高性能的镜像抑制混频器。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹技术领域，具体涉及一种太赫兹镜像抑制混频器、通信电路及通信设备。
背景技术
太赫兹通信技术是未来高速无线通信的重要研究方向之一。随着科技的发展，低频的频谱资源已告急，需要开发高频频谱资源，各国争先恐后将目光瞄准了太赫兹频段。太赫兹高速无线通信技术，不但囊括了微波通信的优点，还兼具了光通信的特色，例如信号传输速率快、信息容量大、方向性强和保密性好等。太赫兹频段频谱资源丰富，可解决带宽窄问题，传输大容量信息，满足高速通信要求。与微波相比，其波束更窄，具有较强的抗干扰能力，更适合在隐形战车和战机相结合的保密通信和作战设备群组与编队间的内部保密通信，可实现高安全性、强方向性和设备小型化。
太赫兹通信是一个多学科交叉融合的专业领域，其发展既需要通信技术的不断创新和突破，也要依靠高性能器件作支撑。太赫兹无线通信系统通常是基于超外差式的架构，在接收机中，一般需要二次变频即需要两级混频器，才能将调制的高频信号转换为基带可以处理的低频信号。超外差式的系统具有大的接收动态范围、高的邻道选择性和接收灵敏度，但存在结构复杂、造价高、不易集成且由于混频器会产生更多的组合干扰频率等缺点。与此相比，太赫兹零中频接收机具有结构简单、易集成、造价低、耗能少的特点，而且由于不需要集成镜像抑制滤波器，在研制过程还可忽略前端放大器与混频器的匹配问题，但其中关键核心电路太赫兹正交混频器还处于起步发展阶段，亟待突破。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本申请要解决的技术问题是提供一种太赫兹镜像抑制混频器、通信电路及通信设备，具有在实现太赫兹电路和中频电路垂直互联的基础上，太赫兹电路和中频电路易拆分进行单独测试的特点。
第一方面，一种实施例中提供一种太赫兹镜像抑制混频器，包括太赫兹电路、中频电路和SMP连接器；所述太赫兹电路设置于与第一电路层，中频电路设置于第二电路层，所述第一电路成和第二电路层为不同的电路层；所述SMP连接器包括第一SMP连接器和第二SMP连接器；所述太赫兹电路和中频电路通过第一SMP连接器和第二SMP连接器实现垂直互联，包括：
所述太赫兹电路的第一中频信号输出端与第一SMP连接器的阴头连接；所述太赫兹电路的第二中频信号输出端与第二SMP连接器的阴头连接；所述第一SMP连接器的阳头与中频电路的高边带信号输入端连接，所述第二SMP连接器的阳头与中频电路的低边带信号输入端连接。
一种实施例中，所述太赫兹电路包括射频90°分支波导耦合器、第一分谐波混频器、第二分谐波混频器和本振90°分支波导耦合器；
所述射频90°分支波导耦合器包括射频输入端、第一射频耦合输出端和第二射频耦合输出端，所述射频输入端用于输入射频信号；所述本振90°分支波导耦合器包括本振信号输入端、第一本振谐波信号输出端和第二本振谐波信号输出端，所述本振信号输入端用于输入本振信号；
所述第一射频耦合输出端和第一本振谐波信号输出端分别与第一分谐波混频器的信号输入端相连；所述第二射频耦合输出端和第二本振谐波信号输出端分别与第二分谐波混频器的输入端相连；所述第一分谐波混频器的信号输出端与太赫兹电路的第一中频信号输出端相连，所述第二分谐波混频器的信号输出端与太赫兹电路的第二中频信号输出端相连。
一种实施例中，所述射频90°分支波导耦合器采用拱形耦合器的结构。
一种实施例中，所述本振90°分支波导耦合器采用拱形耦合器的结构。
一种实施例中，所述太赫兹电路的第一中频信号输出端通过跳金丝与第一SMP连接器的阴头连接。
一种实施例中，所述太赫兹电路的第二中频信号输出端通过跳金丝与第二SMP连接器的阴头连接。
一种实施例中，所述中频电路包括中频放大器和中频电桥。
一种实施例中，所述第一电路层和第二电路层为相邻的电路层。
第二方面，一种实施例中提供一种太赫兹通信电路，包括太赫兹镜像抑制混频器，所述太赫兹镜像抑制混频器采用上述任意一种实施例中所述的太赫兹镜像抑制混频器的结构。
第三方面，一种实施例中提供一种太赫兹通信设备，包括太赫兹通信电路，所述太赫兹通信电路采用上述实施例中所述的太赫兹通信电路的结构。
本发明的有益效果是：
由于通过SMP接插件实现太赫兹电路和中频电路的垂直互联，可以实现太赫兹电路和中频电路的垂直互联，又由于中频电路与SMP连接器阳头的插拔的连接方式，使得太赫兹电路和中频电路之间可通过重复插拔的方式实现拆分，在不破坏固定连接的基础上，可分别对太赫兹正交混频器的性能和中频电路的性能进行测试，从而寻找最佳工作点，实现高性能的镜像抑制混频器。
附图说明
图1是现有技术一种实施例的太赫兹镜像抑制混频器示意图；
图2是本申请一种实施例的太赫兹镜像抑制混频器结构示意图；
图3是本申请一种实施例的太赫兹镜像抑制混频器制造工艺结构示意图。
图示中，01为太赫兹电路，02为中频电路。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
为便于对本申请的发明构思进行说明，以下对太赫兹镜像抑制混频器技术进行简要说明。
在太赫兹通信系统中，太赫兹镜像抑制混频器可将镜像信号和有用信号产生的中频信号分开，具有非常重要的抗干扰作用。而太赫兹镜像抑制混频器由太赫兹正交混频器和中频混合耦合器构成，其中正交混频器的性能直接影响着镜像抑制混频器的整体性能。太赫兹正交混频器输出的两路中频信号（I路与Q路），它们具有相位正交、幅度相等的特性。在通信系统中，正交混频器用于发射端可实现单边带上变频，用于零中频可实现基带信号的I/Q调制。
虽然太赫兹IQ混频器非常重要，由于电路结构较为复杂，现有太赫兹IQ混频器的体积较大，且连接繁琐。请参考图1所示，中频电路和太赫兹电路往往是独立部分，然后通过同轴线级联。这主要是由于太赫兹电路多采用波导进行传输，由于矩形波导结构是在纯金属上进行微机械铣削加工，导致加工灵活性差，转角、扭转波导结构加工十分困难，这也造成传统太赫兹电路多是单层电路，难以实现垂直互联。太赫兹电路体积较小，通常在毫米级，但波导法兰为国际标准尺寸，单个电路法兰盘均在2厘米左右，而现有多数太赫兹电路在一个腔体内只有一个电路，这就造成内部空间的极大浪费，也是造成目前太赫兹雷达前端体积较大的主要原因。
目前，太赫兹垂直互联技术引起了相关领域技术人员的研究，一种方式中，利用探针结构实现太赫兹电路与中频电路的集成。这种方式虽然降低了电路体积，但探针是通过金丝与两边电路进行连接，连接后无法进行拆分，无法单独对太赫兹电路或中频电路进行测试，在实际工程应用中具有诸多不便，也无法对电路的最佳工作点进行调试。
鉴于上述问题，本申请提供了一种太赫兹镜像抑制混频器，在实现对太赫兹电路和中频电路的垂直互联的基础上，更方便对太赫兹电路和中频电路进行拆分，从而可以对太赫兹电路和中频电路进行单独测试，寻找最佳工作点。请参考图2，该太赫兹镜像抑制混频器包括太赫兹电路、中频电路和SMP连接器，其中，太赫兹电路设置于第一电路层，中频电路设置于第二电路层，第一电路层和第二电路层为不同的电路层；SMP连接器包括第一SMP连接器和第二SMP连接器；太赫兹电路和中频电路通过第一SMP连接器和第二SMP连接器实现垂直互联。
一种实施例中，请参考图3，第一电路层和第二电路层为相邻的电路层，在垂直的太赫兹电路01和中频电路02之间通过SMP接插件（图中未示出）实现太赫兹电路01和中频电路02的互联。
一种实施例中，具体的垂直互联方式包括：太赫兹电路的第一中频信号输出端与第一SMP连接器的阴头连接；太赫兹电路的第二中频信号输出端与第二SMP连接器的阴头连接。第一SMP连接器的阳头与中频电路的高边带信号输入端连接，第二SMP连接器的阳头与中频电路的低边带信号输入端连接。
SMP接插件是一种结构紧凑，损耗低，可以重复插拔的连接头，申请人在研究中发现，将SMP接插件替换探针结构和金丝的垂直互联方式，既可以实现太赫兹电路和中频电路的垂直互联，又由于中频电路与SMP连接器阳头的插拔的连接方式，使得太赫兹电路和中频电路之间可通过重复插拔的方式实现拆分，如此，在不破坏固定连接的基础上，可分别对太赫兹正交混频器的性能和中频电路的性能进行测试，从而寻找最佳工作点，实现高性能的镜像抑制混频器。
可以理解地，此处的第一电路层和第二电路层并不是特指的从上到下或从下到上依次的第一层和第二层，只是为了便于区分进行的命名，不具备特殊含义。
一种实施例中，请参考图2，对于太赫兹电路结构，包括射频90°分支波导耦合器、第一分谐波混频器、第二分谐波混频器和本振90°分支波导耦合器。射频90°分支波导耦合器包括射频输入端、第一射频耦合输出端和第二射频耦合输出端，射频输入端用于输入射频信号；本振90°分支波导耦合器包括本振信号输入端、第一本振谐波信号输出端和第二本振谐波信号输出端，本振信号输入端用于输入本振信号。第一射频耦合输出端和第一本振谐波信号输出端分别与第一分谐波混频器的信号输入端相连；第二射频耦合输出端和第二本振谐波信号输出端分别与第二分谐波混频器的输入端相连；第一分谐波混频器的信号输出端与太赫兹电路的第一中频信号输出端相连，第二分谐波混频器的信号输出端与太赫兹电路的第二中频信号输出端相连。
本领域技术人员可以理解，图2中示出的太赫兹镜像抑制混频器的硬件结构并不构成对太赫兹镜像抑制混频器的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
一种实施例中，射频90°分支波导耦合器采用拱形耦合器的结构，如此，射频信号通过小型化拱形耦合器给两个太赫兹分谐波混频器提供射频信号，以满足小型化太赫兹镜像抑制混频器的设计需求。
一种实施例中，本振90°分支波导耦合器采用拱形耦合器的结构，如此，利用一个频率源产生的本振信号，通过小型化拱形耦合器供给两个太赫兹分谐波混频器，以满足小型化太赫兹镜像抑制混频器的设计需求。
一种实施例中，为满足小型化太赫兹镜像抑制混频器的设计需求，中频电路包括中频放大器和中频电桥，以电桥的方式实现互联和相关测试。
一种实施例中，为提高太赫兹镜像抑制混频器的性能，太赫兹电路的第一中频信号输出端通过跳金丝与第一SMP连接器的阴头连接。
一种实施例中，为提高太赫兹镜像抑制混频器的性能，太赫兹电路的第二中频信号输出端通过跳金丝与第二SMP连接器的阴头连接。
基于上述结构得到的太赫兹镜像抑制混频器，整体电路尺寸可以达到20mm×20mm×20mm，相比与现有的太赫兹镜频抑制混频器体积大多≥50mm×40mm×20mm，可将现有体积降低4倍以上。以此，我们既大大缩小了太赫兹镜像抑制混频器的整体体积，又可以使得太赫兹镜像抑制混频器中的太赫兹电路和中频电路易于拆分，可以通过SMP连接器的信号分别对太赫兹正交混频器的性能和中频电路的性能进行测试，寻找最佳工作点，从而实现高性能镜频抑制混频器。
本申请的一种实施例中，提供了一种太赫兹通信电路，包括太赫兹镜像抑制混频器，该太赫兹镜像抑制混频器采用上述任意一种实施例的太赫兹镜像抑制混频器的结构，从而可以一方面从整体上缩小太赫兹通信电路的体积，另一方面，使得所包含的太赫兹镜像抑制混频器中的太赫兹电路和中频电路易于拆分，可以通过SMP连接器的信号分别对太赫兹正交混频器的性能和中频电路的性能进行测试，寻找最佳工作点，从而实现高性能镜频抑制混频器，以提高太赫兹通信电路的整体性能。
本申请的一种实施例中，提供了一种太赫兹通信设备，包括太赫兹通信电路，所述太赫兹通信电路采用上述实施例中的太赫兹通信电路的结构，可以在缩小太赫兹通信设备体积的同时，提高太赫兹通信设备的整体性能。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (10)
1.一种太赫兹镜像抑制混频器，其特征在于，包括太赫兹电路、中频电路和SMP连接器；所述太赫兹电路设置于与第一电路层，中频电路设置于第二电路层，所述第一电路层和第二电路层为不同的电路层；所述SMP连接器包括第一SMP连接器和第二SMP连接器；所述太赫兹电路和中频电路通过第一SMP连接器和第二SMP连接器实现垂直互联，包括：
所述太赫兹电路的第一中频信号输出端与第一SMP连接器的阴头连接；所述太赫兹电路的第二中频信号输出端与第二SMP连接器的阴头连接；所述第一SMP连接器的阳头与中频电路的高边带信号输入端连接，所述第二SMP连接器的阳头与中频电路的低边带信号输入端连接。
2.如权利要求1所述的太赫兹镜像抑制混频器，其特征在于，所述太赫兹电路包括射频90°分支波导耦合器、第一分谐波混频器、第二分谐波混频器和本振90°分支波导耦合器；
所述射频90°分支波导耦合器包括射频输入端、第一射频耦合输出端和第二射频耦合输出端，所述射频输入端用于输入射频信号；所述本振90°分支波导耦合器包括本振信号输入端、第一本振谐波信号输出端和第二本振谐波信号输出端，所述本振信号输入端用于输入本振信号；
所述第一射频耦合输出端和第一本振谐波信号输出端分别与第一分谐波混频器的信号输入端相连；所述第二射频耦合输出端和第二本振谐波信号输出端分别与第二分谐波混频器的输入端相连；所述第一分谐波混频器的信号输出端与太赫兹电路的第一中频信号输出端相连，所述第二分谐波混频器的信号输出端与太赫兹电路的第二中频信号输出端相连。
3.如权利要求2所述的太赫兹镜像抑制混频器，其特征在于，所述射频90°分支波导耦合器采用拱形耦合器的结构。
4.如权利要求2或3所述的太赫兹镜像抑制混频器，其特征在于，所述本振90°分支波导耦合器采用拱形耦合器的结构。
5.如权利要求1所述的太赫兹镜像抑制混频器，其特征在于，所述太赫兹电路的第一中频信号输出端通过跳金丝与第一SMP连接器的阴头连接。
6.如权利要求1或5所述的太赫兹镜像抑制混频器，其特征在于，所述太赫兹电路的第二中频信号输出端通过跳金丝与第二SMP连接器的阴头连接。
7.如权利要求1所述的太赫兹镜像抑制混频器，其特征在于，所述中频电路包括中频放大器和中频电桥。
8.如权利要求1所述的太赫兹镜像抑制混频器，其特征在于，所述第一电路层和第二电路层为相邻的电路层。
9.一种太赫兹通信电路，其特征在于，包括太赫兹镜像抑制混频器，所述太赫兹镜像抑制混频器采用如权利要求1到8之一所述的太赫兹镜像抑制混频器的结构。
10.一种太赫兹通信设备，其特征在于，包括太赫兹通信电路，所述太赫兹通信电路采用如权利要求9所述的太赫兹通信电路的结构。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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