CN112332780A - 宽带低变频损耗太赫兹混频器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种宽带低变频损耗太赫兹混频器，旨在高隔离度、结构简单、工作频率高、变频损耗低、工作带宽宽。本发明通过下述技术方案实现：石英电路腔体贯穿射频减高波导和本振减高波导，反向并联太赫兹肖特基二极管置于石英基片上表面的射频直流地微带线和射频匹配枝节之间，顺次通过射频过渡悬置微带线，串联本振低通滤波器、本振匹配网络，通过本振过渡微带贯穿本振减高波导，串联中频低通滤波器，最后通过中频端口输出混频信号。

Description

宽带低变频损耗太赫兹混频器
技术领域
本发明涉及一种应用于太赫兹技术领域的固态太赫兹器件，更确切地说，涉及一种宽带低变频损耗太赫兹混频器。
背景技术
随着太赫兹技术的发展，太赫兹固态器件在射电天文、无损检测、物体成像、安全检查、高速通信等领域展现了前所未有的巨大应用潜力。对于太赫兹频段的超外差式接收机而言，混频器是接收前端的一个必不可少的关键器件，可以实现频谱搬移功能。然而，由于缺少成熟的太赫兹低噪放芯片，太赫兹接收前端的第一级通常是太赫兹混频器，因此，混频器的指标极大的影响着接收***的整体性能。例如，混频器的变频损耗的大小直接决定了接收前端的噪声系数的好坏。目前，固态太赫兹下变频主要是用GaAs肖特基二极管实现。作为典型的电路设计模型，基于肖特基二极管的太赫兹分谐波混频器的无源电路均包含了射频过渡、本振低通滤波器和本振中频双工器。为了追求更高的抑制度，传统高低阻抗结构的滤波器的阶数往往比较高，尺寸比较大，显然，这增加了信号在传输线上的传输损耗。为了获得更大的带宽收益，射频和本振匹配电路往往会比较复杂，臃肿。在众多已公开发表的文献和专利中，射频地回路的处理几乎都采用了同一种设计思路，即，反向并联二极管位于射频过渡的右侧，通过四分之一波长线进行接地，因此，其带宽具有一定的窄带特性。
现有技术太赫兹分谐波混频器存在的缺陷和不足之处在于：传统的太赫兹混频器设计中，射频信号加载到反向并联二极管上，其射频地回路设计几乎都采用了四分之一波长线进行接地处理；混频器的工作频率低，带宽窄。通常，人工装配肖特基二极管不可避免的会存在装配误差，以及引入寄生电容电感，因此会存在频率偏移，工作频率低的问题。由于反向并联二极管是依靠四分之一波长线进行射频接地，其带宽具有一定的窄带特性；混频器结构复杂，变频损耗大。传统的太赫兹混频器设计往往是将本振射频探针和匹配分开进行，容易造成最终的混频器结构过长。石英基片太长一方面会使得石英基片越容易碎裂，增加基片的加工和装配难度，另一方面会增加太赫兹信号的传输损耗。为了获得更大的带宽收益，射频和本振匹配电路往往会比较复杂，臃肿。过于复杂的匹配电路不仅会增减电路尺寸，也会增加电路的损耗，导致变频损耗变大。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种结构简单、隔离度高、工作频带宽、变频损耗低的太赫兹混频器。
本发明的上述目的可以通过以下技术方案实现：一种宽带低变频损耗太赫兹混频器，包括：射频减高波导，本振减高波导，石英电路腔体和石英电路，并且石英基片底部涂抹银浆连接石英电路腔体，其特征在于：石英电路腔体贯穿射频减高波导和本振减高波导，反向并联太赫兹肖特基二极管2置于石英基片上表面的射频直流地微带线1和射频匹配枝节3之间，顺次通过射频过渡悬置微带线4，串联本振低通滤波器6、本振匹配枝节7和本振匹配枝节8，通过本振过渡微带9贯穿本振减高波导12，串联中频低通滤波器10，最后通过中频端口11输出混频信号。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
结构简单，变频损耗低。首先，本发明中的射频过渡和射频匹配电路是作为一个整体来进行考虑的，因此，避免了射频匹配电路和射频过渡电路的二次设计，同时也避免了射频匹配电路过度使用阶梯阻抗变换等冗余电路，精简和简化了电路尺寸，减小了变频损耗。其次，CMRC滤波器结构相对于传统阶梯阻抗滤波器结构长度较短，减少混频器的传输线路的长度，从而降低了信号的传输损耗。
混频器的工作频率高，带宽宽。本发明的混频器无源电路和反向并联二极管可以异构集成，因此，不会引入二极管倒贴粘接带来的寄生电容电感以及人工装配误差，极大的提高了二极管的工作频率和稳定性。通过射频直接接地的处理方法可以实现更大的工作带宽。克服了传统射频地回路设计因采用四分之一波长线接地而带来的窄带特性的缺陷。
隔离度高。本发明采用具有高带外抑制的CMRC低通滤波器，加上波导的截止特性，实现了本振、射频和中频信号的高隔离度。由于本振低通滤波器的存在，射频信号无法泄露到本振端口和中频端口。同样地，本振信号通过标准波导馈入，经本振减高波导和本振过渡微带耦合至微带线上，经本振匹配网络后，本振信号可以最大限度的加载到反向并联二极管上。由于中频低通滤波器的存在，本振信号无法泄露到中频端口。并且，由于波导的截止特性，本振信号也不会泄露到射频端口。因此，本振和射频具有良好的隔离度。
附图说明
图1是本发明的一种宽带低变频损耗太赫兹混频器结构示意图；
图中，1射频直流地微带，2反向并联太赫兹肖特基二极管，3射频匹配枝节，4射频过渡悬置微带，5射频减高波导，6CMRC本振低通滤波器，7本振匹配枝节，8本振匹配枝节，9本振过渡微带，10CMRC中频低通滤波器，11中频输出，12本振减高波导。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式
参阅图1。在以下描述的优选实施例中，一种宽带低变频损耗太赫兹混频器，包括：射频减高波导，本振减高波导，石英电路腔体和石英电路，并且石英基片底部涂抹银浆连接石英电路腔体，其特征在于：石英电路腔体贯穿射频减高波导和本振减高波导，反向并联太赫兹肖特基二极管2置于石英基片上表面的射频直流地微带线1和射频匹配枝节3之间，顺次通过射频过渡悬置微带线4，串联本振低通滤波器6、本振匹配枝节7和本振匹配枝节8，通过本振过渡微带9贯穿本振减高波导12，串联中频低通滤波器10，最后通过中频输出端11输出混频信号。
石英基片上表面的电路顺序依次为射频直流地微带线1，反向并联肖特基二极管2，射频匹配枝节3，射频过渡悬置微带4，本振低通滤波器6，本振匹配枝节7，本振匹配枝节8，本振过渡微带9，中频低通滤波器10，中频输出11。
射频信号通过标准波导馈入，经射频减高波导5和射频过渡悬置微带4耦合至微带线上，经射频匹配枝节3后，射频信号加载到反向并联二极管2。由于本振低通滤波器6的存在，射频信号无法泄露到本振端口和中频端口。同样地，本振信号通过标准波导馈入，经本振减高波导12和本振过渡微带耦合至微带线上，经本振匹配网络和本振低通滤波器后，本振信号可以加载到反向并联二极管2上。由于中频低通滤波器10的存在，本振信号无法泄露到中频端口。并且，由于波导的截止特性，本振信号也不会泄露到射频端口。因此，本振和射频具有良好的隔离度。
反向并联肖特基二极管反向并联肖特基二极管位于射频过渡左侧，并通过射频直流地微带1直接接地。
特别地，石英基片的厚度可以是30～70μm。
特别地，射频馈入波导为标准波导WR-5；
特别地，本振馈入波导为标准波导WR-10；
特别地，射频直流地微带1可以采用银浆涂抹，基片侧壁金属化，金丝键合等方式实现接地。
特别地，本振低通滤波器6为三阶CMRC低通滤波器。
特别地，中频低通滤波器10为三阶CMRC低通滤波器。
以上，为本发明的一种优选实施方式，但本发明的保护范围并不受限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明创新构思的前提下所做出的变化或替换，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种宽带低变频损耗太赫兹混频器，包括：射频减高波导，本振减高波导，石英电路腔体和石英电路，并且石英基片底部涂抹银浆连接石英电路腔体，其特征在于：石英电路腔体贯穿射频减高波导和本振减高波导，反向并联太赫兹肖特基二极管(2)置于石英基片上表面的射频直流地微带线(1)和射频匹配枝节(3)之间，顺次通过射频过渡悬置微带线(4)，串联本振低通滤波器(6)、本振匹配枝节(7)和本振匹配枝节(8)，通过本振过渡微带(9)贯穿本振减高波导(12)，串联中频低通滤波器(10)，最后通过中频端口(11)输出混频信号。
2.根据权利要求1所述的宽带低变频损耗太赫兹混频器，其特征在于，反向并联肖特基二极管位于射频过渡左侧。
3.根据权利要求2所述宽带低变频损耗太赫兹混频器，其特征在于，反向并联肖特基二极管通过射频直流地微带线(1)接地或者直接接地。
4.根据权利要求1所述的宽带低变频损耗太赫兹混频器，其特征在于，射频直流地微带线(1)采用银浆涂抹，基片侧壁金属化，金丝键合方式实现接地。
5.根据权利要求1所述的宽带低变频损耗太赫兹混频器，其特征在于，本振低通滤波器(6)、中频低通滤波器(10)为三阶紧凑微带谐振单元(CMRC)低通滤波器。
6.根据权利要求1所述的宽带低变频损耗太赫兹混频器，其特征在于，石英基片上表面的电路依次顺序为射频直流地微带线(1)，反向并联肖特基二极管(2)，射频匹配枝节(3)，射频过渡悬置微带(4)，本振低通滤波器(6)，本振匹配枝节(7)，本振匹配枝节(8)，本振过渡微带(9)，中频低通滤波器(10)和中频输出(11)。
7.根据权利要求1所述的宽带低变频损耗太赫兹混频器，其特征在于，射频信号通过标准波导馈入，经射频减高波导(5)和射频过渡悬置微带(4)耦合至微带线上，经过渡结构左侧的射频匹配枝节(3)后，射频信号加载到反向并联二极管(2)。
8.根据权利要求1所述的宽带低变频损耗太赫兹混频器，其特征在于，射频馈入波导为标准波导WR-5。
9.根据权利要求1所述的宽带低变频损耗太赫兹混频器，其特征在于，本振馈入波导为标准波导WR-10。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113098401A (zh) * 2021-04-14 2021-07-09 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种太赫兹d波段四次谐波混频器
CN114335947A (zh) * 2021-12-21 2022-04-12 成都天成电科科技有限公司 基于无源宽带结构的太赫兹混频器
CN114447550A (zh) * 2022-01-12 2022-05-06 四川众为创通科技有限公司 一种采用对称折叠开路枝节的太赫兹小型化分谐波混频器
CN114784475A (zh) * 2022-05-10 2022-07-22 电子科技大学 带有微带滤波枝节的毫米波波导-悬置微带探针过渡结构
CN115498385A (zh) * 2022-08-26 2022-12-20 电子科技大学 一种太赫兹匹配滤波一体化的混频器结构

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009029447A1 (de) * 2009-09-14 2011-03-24 Bergische Universität Wuppertal Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung von elektromagnetischer THz-Strahlung
CN104811144A (zh) * 2015-05-20 2015-07-29 中国电子科技集团公司第十三研究所 改善太赫兹混频器微组装的新型混合集成电路
CN105048967A (zh) * 2015-08-20 2015-11-11 电子科技大学 一种340GHz八次谐波混频器
CN105141260A (zh) * 2015-08-20 2015-12-09 电子科技大学 一种420GHz十次谐波混频器
CN105207625A (zh) * 2015-10-08 2015-12-30 电子科技大学 一种宽频带太赫兹谐波混频器
GB201705493D0 (en) * 2017-04-05 2017-05-17 Univ London Queen Mary Subharmonic mixer
CN107370458A (zh) * 2017-07-28 2017-11-21 电子科技大学 一种基于单片集成技术的太赫兹混频电路
CN206922720U (zh) * 2017-06-01 2018-01-23 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 基于肖特基二极管的太赫兹谐波混频器
CN110417354A (zh) * 2019-07-02 2019-11-05 南京理工大学 基于谐波混频结构的Ku/Ka双频段混频器

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009029447A1 (de) * 2009-09-14 2011-03-24 Bergische Universität Wuppertal Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung von elektromagnetischer THz-Strahlung
CN104811144A (zh) * 2015-05-20 2015-07-29 中国电子科技集团公司第十三研究所 改善太赫兹混频器微组装的新型混合集成电路
CN105048967A (zh) * 2015-08-20 2015-11-11 电子科技大学 一种340GHz八次谐波混频器
CN105141260A (zh) * 2015-08-20 2015-12-09 电子科技大学 一种420GHz十次谐波混频器
CN105207625A (zh) * 2015-10-08 2015-12-30 电子科技大学 一种宽频带太赫兹谐波混频器
GB201705493D0 (en) * 2017-04-05 2017-05-17 Univ London Queen Mary Subharmonic mixer
CN206922720U (zh) * 2017-06-01 2018-01-23 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 基于肖特基二极管的太赫兹谐波混频器
CN107370458A (zh) * 2017-07-28 2017-11-21 电子科技大学 一种基于单片集成技术的太赫兹混频电路
CN110417354A (zh) * 2019-07-02 2019-11-05 南京理工大学 基于谐波混频结构的Ku/Ka双频段混频器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHONGQIAN NIU等: "The design of 850GHz subharmonic mixer based on Schottky diodes", 《2016 IEEE 9TH UK-EUROPE-CHINA WORKSHOP ON MILLIMETRE WAVES AND TERAHERTZ TECHNOLOGIES (UCMMT)》 *
李凯: "340GHz四次谐波混频器的研制", 《微波学报》 *
熊阳等: "一种低***损耗的180 GHz腔体滤波器", 《太赫兹科学与电子信息学报》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113098401A (zh) * 2021-04-14 2021-07-09 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种太赫兹d波段四次谐波混频器
CN113098401B (zh) * 2021-04-14 2022-09-30 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种太赫兹d波段四次谐波混频器
CN114335947A (zh) * 2021-12-21 2022-04-12 成都天成电科科技有限公司 基于无源宽带结构的太赫兹混频器
CN114447550A (zh) * 2022-01-12 2022-05-06 四川众为创通科技有限公司 一种采用对称折叠开路枝节的太赫兹小型化分谐波混频器
CN114784475A (zh) * 2022-05-10 2022-07-22 电子科技大学 带有微带滤波枝节的毫米波波导-悬置微带探针过渡结构
CN115498385A (zh) * 2022-08-26 2022-12-20 电子科技大学 一种太赫兹匹配滤波一体化的混频器结构

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