CN203984354U - 采用雪崩二极管的毫米波及太赫兹高次倍频器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种采用雪崩二极管的毫米波及太赫兹高次倍频器，微带传输线A连接隔直电容C的一端，隔直电容C的另一端通过微带传输线B连接带双扇形支节的螺旋形微带紧凑谐振单元的一端，带双扇形支节的螺旋形微带紧凑谐振单元的另一端通过微带传输线C、焊接金带B连接并联接地的雪崩二极管的一端，雪崩二极管的另一端通过焊接金带A、阻抗线性渐变微带传输线、微带探针连接传输波导，微带线B还连接直流偏置电路。本实用新型能有效降低倍频输入信号的工作频率，降低系统设备成本并提高稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及毫米波技术领域，尤其涉及一种毫米波及太赫兹高次倍频器。
背景技术
通常基于肖特基二极管的倍频器倍频次数不超过5次。在毫米波及太赫兹频段，若要获取毫米波及太赫兹频段的信号，则需通过多级的倍频放大链路实现，需要倍频放大链路级间的电路匹配滤波放大，电路结构复杂，稳定性差，实现难度大。
P.A.Rolland在IEEE Transactions on Microwave Theory andTechniques,24(11),pp.768-775,1976名为“New modes of operation foravalanche diodes frequency multiplication and up-conversion”的文献中提出了一种利用雪崩二极管产生的谐波实现倍频和上变频的理论，并在设计实例中给出了一个基于波导腔体结构的Ka波段雪崩二级管11次倍频器的结果，但没有给出利用雪崩二极管实现高次倍频的普遍性设计方法，尤其是采用平面微带结构的雪崩二极管高次倍频器的设计方法。
本实用新型的发明人在Progress In Electromagnetics ResearchLetters,No.36:，pp.77-86，2013名为“Compact lowpass filter with widestopband using novel double-folded SCMRC structure with parallelopen-ended stub”文献中提出过一种带双扇形支节的螺旋形微带紧凑谐振单元(SCMRC)的结构，该结构具有良好的低通滤波效果，通带内传输损耗小，具有很宽的阻带频率范围，并且寄生通带远离工作频率。带双扇形支节的螺旋形微带紧凑谐振单元(SCMRC)电路尺寸小，并且可作为准集成组件灵活地运用在功能电路中，实现对需要传输信号的通过以及对需要抑制信号的有效抑制，但在该文献中没有提出过如何将它应用在毫米波及太赫兹频段的雪崩二极管高次倍频器中。
由于采用现有多级倍频放大链路的技术获取毫米波及太赫兹信号的方式，制造成本和使用成本都较高，电路结构复杂，稳定性差。所以在目前毫米波及太赫兹通信日益发展的背景下，现有技术的倍频放大链路已难以满足用户降低成本并提高工作稳定性的要求。
发明内容
本实用新型旨在提供一种采用雪崩二极管的毫米波及太赫兹高次倍频器，用以取代现有的倍频放大链路，进一步有效降低倍频输入信号的工作频率，降低系统设备成本并提高稳定性。
为达到上述目的，本实用新型是采用以下技术方案实现的：
本实用新型公开的采用雪崩二极管的毫米波及太赫兹高次倍频器，微带传输线A连接隔直电容C的一端，所述隔直电容C的另一端通过微带传输线B连接带双扇形支节的螺旋形微带紧凑谐振单元的一端，所述带双扇形支节的螺旋形微带紧凑谐振单元的另一端通过微带传输线C、焊接金带B连接并联接地的雪崩二极管的一端，所述雪崩二极管的另一端通过焊接金带B、阻抗线性渐变微带传输线、微带探针连接传输波导，微带传输线B还连接直流偏置电路。
调整带双扇形支节的螺旋形微带紧凑谐振单元(SCMRC)的电路尺寸，既能够有效促使倍频输入信号低损耗通过，又能灵活调整在雪崩管产生的谐波频率上所呈现出的电抗性负载，反射和抑制泄露到倍频输入电路中的谐波能量，实现谐波频率能量的回收再利用，从而提高倍频输出功率和效率。
优选的，所述直流偏置电路包括高阻线和单扇形支节，所述微带传输线B连接高阻线。
优选的，所述微带传输线A、B、C的特征阻抗均为50欧姆。
优选的，所述隔直电容C为微带贴片电容。
本实用新型适用于毫米波及太赫兹波段，可取代现有技术的倍频放大链路，进一步有效降低倍频输入信号的工作频率，降低系统设备成本并提高稳定性。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为带双扇形支节的螺旋形微带紧凑谐振单元的结构图；
图3为带双扇形支节的螺旋形微带紧凑谐振单元的典型传输特性图；
图4为实用新型在110GHz附近的输出频谱图；
图中：1-微带传输线A、2-微带传输线B、3-带双扇形支节的螺旋形微带紧凑谐振单元、4-微带传输线C、5-阻抗线性渐变微带传输线、6-传输波导、7-雪崩二极管、8-焊接金带A、9-高阻线、10-直流偏置电路、11-微带探针、12-单扇形支节、13-焊接金带B。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型公开的采用雪崩二极管的毫米波及太赫兹高次倍频器，微带传输线A1连接隔直电容C的一端，隔直电容C为微带电容，隔直电容C的另一端通过微带传输线B2连接带双扇形支节的螺旋形微带紧凑谐振单元3的一端，带双扇形支节的螺旋形微带紧凑谐振单元3的另一端通过微带传输线C4、焊接金带B13连接并联接地的雪崩二极管7的一端，雪崩二极管7的另一端通过焊接金带A8、阻抗线性渐变微带传输线5、微带探针11连接传输波导6，倍频信号从传输波导6的法兰面输出；微带传输线B2还连接包含有高阻线9和单扇形支节12的直流偏置电路10，微带传输线B2连接高阻线9，微带传输线A1、B2、C4的特征阻抗均为50欧姆。
在本实施例中，倍频输入电路和直流偏置电路制作在基板厚度为0.508mm的罗杰斯4350B基板上，倍频输出电路制作在厚度为0.127mm的罗杰斯5880基板上。倍频输入信号fin从左端的倍频输入端输入50欧姆微带传输线A1，经过一个90度微带线弯角后，通过隔直电容C，经过50欧姆微带传输线B2传输至带双扇形支节的螺旋形微带紧凑谐振单元(SCMRC)3低通滤波电路中，通过SCMRC结构之后，经过一段50欧姆微带传输线C4，最后通过焊接金带B13馈入至并联接地的雪崩二极管7中。
一段由高阻线9和单扇形支节12构成的具有低通滤波特性的直流偏置电路10与位于倍频输入电路中隔直电容C与带双扇形支节的螺旋形微带紧凑谐振单元(SCMRC)3之间的50欧姆微带传输线B2相连接，实现传输偏置直流，并有效抑制倍频输入信号，防止倍频输入信号泄漏至直流偏置电路中，最大程度确保倍频输入信号有效馈入至雪崩二极管7中。
若倍频器倍频次数为N，则输入信号频率为输出信号频率的1/N。比如倍频次数为17，则输入信号频率则是输出信号频率的1/17。
倍频输出电路由一段阻抗线性渐变微带线和微带探针到波导过渡两部分构成。阻抗线性渐变线5通过金带焊接B13与并联接地的雪崩二极管7相连接，实现在倍频输出频率上雪崩二极管7的阻抗与50欧姆微带线之间的阻抗变换匹配；微带探针过渡则实现将倍频输出信号从微带传输线低损耗转换过渡至传输波导，最终实现倍频信号的输出。
由于倍频输入电路中带双扇形支节的螺旋形微带紧凑谐振单元(SCMRC)3能够低损耗传输倍频输入信号，同时抑制雪崩二极管7产生的各次谐波泄露至倍频输入电路中，实现谐波能量的反射回收利用，因此本实用新型的雪崩二极管高次倍频器能够获得较高的倍频效率，并获得较高的倍频输出功率。
如图2所示，本实施例采用的带双扇形支节的螺旋形微带紧凑谐振单元的具体结构参数如表1：
表1
| 结构变量 | W50 | W | W1 | W2 |
| 结构值(mm) | 1.1 | 4.8 | 0.21 | 0.25 |
| 结构变量 | L1 | L2 | L3 | L4 |
| 结构值(mm) | 6.95 | 7.55 | 8.75 | 1.72 |
图3反映出本实施例的带双扇形支节的螺旋形微带紧凑谐振单元具有良好的低通滤波性能。
图4反映了本实施例110GHz附近的输出特性，17次倍频器的最大倍频效率达到了5％，在110GHz附近的输出功率达到了10dBm(10mW)；其频率特性和输出带宽满足毫米波及太赫兹频段的高次倍频器的要求。
同时，由于本实用新型中倍频器的倍频次数很高，通常倍频次数为13-17次，因此使倍频输入信号的频率大大降低，性能大大提高，成本有效降低且易于获得。该雪崩二极管高次倍频器可用于毫米波及太赫兹频段的发射或接收系统设备中，例如工作于110GHz频率附近的高速宽带无线通信系统等。
当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.采用雪崩二极管的毫米波及太赫兹高次倍频器，其特征在于：微带传输线A连接隔直电容C的一端，所述隔直电容C的另一端通过微带传输线B连接带双扇形支节的螺旋形微带紧凑谐振单元的一端，所述带双扇形支节的螺旋形微带紧凑谐振单元的另一端通过微带传输线C、焊接金带B连接并联接地的雪崩二极管的一端，所述雪崩二极管的另一端通过焊接金带A、阻抗线性渐变微带传输线、微带探针连接传输波导，微带传输线B还连接直流偏置电路。
2.根据权利要求1所述的采用雪崩二极管的毫米波及太赫兹高次倍频器，其特征在于：所述直流偏置电路包括高阻线和单扇形支节，所述微带传输线B连接高阻线。
3.根据权利要求1所述的采用雪崩二极管的毫米波及太赫兹高次倍频器，其特征在于：所述微带传输线A、B、C的特征阻抗均为50欧姆。
4.根据权利要求1所述的采用雪崩二极管的毫米波及太赫兹高次倍频器，其特征在于：所述隔直电容C为微带贴片电容。
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|---|---|---|---|---|
| CN105720921A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-06-29 | 西安电子工程研究所 | 一种基于impatt二极管的高次倍频器 |
| CN105719977A (zh) * | 2015-05-28 | 2016-06-29 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 倒扣太赫兹肖特基二极管与石英薄膜电路的互联方法 |
| CN110137653A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-08-16 | 佳木斯大学 | 一种低插损威尔金森功分器 |
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