太赫兹偶次固态倍频器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型是关于能够被应用于物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文、宽带移动通讯、安全检查、反恐探测、临近空间通信/卫星通信和雷达探测等与国民经济和社会发展密切相关领域的一种太赫兹频段的偶次固态倍频器。
【背景技术】
[0002]太赫兹波(THz) —般是指频率在0.1-1OTHz范围内的电磁波，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域。太赫兹频段倍频器和混频器是太赫兹系统收发前端的关键电路，它们的性能决定了太赫兹系统的性能。由于太赫兹波所处的特殊电磁波谱的位置，它有很多优越的特性，有非常重要的学术和应用价值，使其得到了世界各国极大的关注。当前，无线通信正面临有限频谱资源和迅速增长的高速业务需求的矛盾。太赫兹频段资源丰富，所处的频段位置正好处于科学技术发展相对较好的微波毫米波与红外线光学之间，形成一个相对落后的“空白”，具有通信容量大、系统体积小、保密性好等优点。太赫兹通信技术除了能满足地面短距离大容量通信需求外，还能用于空间通信、信号探测等方面，发展THz通信技术具有重要的实际应用价值和广阔的应用前景。因此，开展太赫兹通信技术研究十分迫切，急需发展具有自主知识产权的太赫兹通信技术，为太赫兹频段的资源开发和应用奠定基础。
[0003]在太赫兹波通信技术应用中，高质量以及稳定可靠的太赫兹源起着至关重要的作用，它性能的优劣关系到整个太赫兹系统固态前端工作性能的好坏。而目前获得太赫兹信号源的方式主要有:一是利用雪崩管、耿氏管、返波管振荡器等器件直接震荡产生连续波输出功率，二是利用倍频方式以获得更高频率信号。前一种方法可以获得极大的输出功率，但是体积庞大、寿命短、性能不稳定，并且需要很高的供电电压等缺的都限制了其应用。而后一种方法由于它的输出频率可以在输入频率的N次谐波上选取，因而所需的输入信号源可以选择在技术比较成熟的频段制作，从而为保证所需的频率稳定度和相噪特性提供了条件。
[0004]目前由于缺乏稳定、可靠的太赫兹信号源，太赫兹技术的发展受到很大的限制，因此研究和开发高性能的新型太赫兹倍频器具有非常积极和重要的意义。就国内目前太赫兹技术的研究情况而言，缺少具有高功率、造价低和便携式的倍频器来获得太赫兹信号源是限制太赫兹波技术应用的最主要因素。因此，研制功率高、造价低的太赫兹波倍频器对太赫兹波技术的发展起着至关重要的作用。而当前世界各国均在强力开展太赫兹频段的研究和开发，抢占太赫兹频段的通信资源。在应用需求的牵引下，国外已有多个课题组开展了采用毫米波固态电路倍频实现THz源的研究。这种技术主要是利用频率较低的微波、毫米波振荡器，再采用利用肖特基二极管倍频的方法得到THz源，这也是目前国内外获得太赫兹源的主要方法。当前国内主要是研究太赫兹二次固态倍频器和三次固态倍频器，而对高次固态倍频器则缺乏关注，这就造成随着太赫兹频段的提升，所需要的本振频率越来越高，对本振输入的要求也越来越高，从而造成成本的大幅度提升。太赫兹高效偶次固态倍频器技术的研究有助于降低对本振输入的要求，有效减小成本，从而满足日益增长的太赫兹频段需求。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型目的是针对现有技术缺乏高效稳定的太赫兹偶次谐波频率信号源的问题，提供一种结构简单，工作频带宽，高效稳定的太赫兹偶次固态倍频器。
[0006]本实用新型的上述目的可以通过以下技术方案予以实现，一种太赫兹偶次固态倍频器，包括标准输入矩形波导1、肖特基二极管3、直流馈电低通滤波器5，其特征在于:外部射频信号通过标准矩形波导I经减宽波导2进入肖特基二极管3，肖特基二极管对输入基波进行变频，产生偶次谐波，再经太赫兹带通滤波器4对所需要的偶次谐波分量之外的杂波进行过滤，将所产生的偶次谐波频率信号通过标准波导6输出。
[0007]本实用新型相比于其它太赫兹固态倍频器结构具有如下有益效果:
[0008]对本振输入频率信号的要求低。本实用新型采用了偶次倍频的方式来产生高次谐波频率分量，相比于其它太赫兹低次固态倍频器结构形式，所需要的本振输入信号的频率要求更低，也更容易实现。
[0009]结构更为简单、可靠，效率更高，更稳定。本实用新型采用了平衡式结构形式，能有效的消除奇数次谐波，输出偶此谐波。在二极管输出端通过增加太赫兹带通滤波器，可以有效的对基波或者低次谐波分量进行过滤，同时通过输出波导的阻抗匹配，从而实现稳定的功率输出，这是现有的太赫兹导波结构很难实现的。并且如果需要采用二次倍频的方式来产生频率信号，可以将太赫兹带通滤波器去掉，就可以很好的产生二次谐波分量。本实用新型解决了工程应用中高效、稳定的太赫兹信号源实现的难题。
[0010]本实用新型通过调整太赫兹带通滤波器4到肖特基二极管3的距离，可以改善滤波器输出所需偶次谐波频率分量的功率，进一步抑制杂谐波频率分量的输出。
[0011]本实用新型采用低本振频率输入，实现偶次谐波频率分量输出，具有高效率、稳定的特点，从而提升太赫兹信号的发射与接收的效率。
[0012]实用新型特别适用于实现0.1THz?0.5THz太赫兹频段的射频信号输出。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型太赫兹频段的偶次固态倍频器的结构分解示意图。
[0014]图中:1标准输入矩形波导，2减宽波导，3肖特基二极管，4太赫兹带通滤波器，5直流馈电低通滤波器，6输出标准矩形波导。
【具体实施方式】
[0015]参阅图1。在以下描述的实施例中，太赫兹偶次固态倍频器包括:标准输入矩形波导1、减宽波导2、肖特基二极管3、太赫兹带通滤波器4、直流馈电低通滤波器5、输出标准矩形波导6，其中，标准输入矩形波导I前端相连减宽波导2，肖特基二极管3通过减宽波导2腔体相连太赫兹带通滤波器4和直流馈电低通滤波器5，输出标准矩形波导6垂直通过减宽波导2腔体，固联在太赫兹带通滤波器4与直流馈电低通滤波器5之间。肖特基二极管3焊接在减宽波导2腔体中心的电路基板上。肖特基二极管两端管脚焊接在减宽波导壁上构成接地。肖特基二极管3为多管反向串联结构形式。输入信号以TE1。模直接耦合到肖特基二极管对，通过减小腔体的宽度，使所形成的减宽波导具有高通滤波器的特性，从而抑制输入的基波频率信号继续传播。当基波信号到达减宽波导的短路面时被反射回来，重新耦合到肖特基二极管对上。肖特基二极管的位置处于减宽波导的中间部位，在实际应用时，应根据具体的输入基波频率，通过仿真从而确定肖特基二极管处于减宽波导中的最终位置。
[0016]外部射频信号通过标准矩形波导I进行输入，通过减宽波导2进入肖特基二极管3，肖特基二极管对输入基波进行变频，产生偶次谐波，然后进入太赫兹带通滤波器4，对所需要的偶次谐波分量之外的杂波进行过滤；外部直流电源DC通过直流馈电低通滤波器5对肖特基二极管3进行馈电激励，提升肖特基二极管的工作效率。所产生的偶次谐波频率信号最后通过标准波导6输出。调整减宽波导2短路面到肖特基二极管3的距离，以及肖特基二极管3到标准输入波导口的距离，从而调整输入端口的反射系数，改善驻波。
[0017]具体实施可采用以下步骤:
[0018](1)、根据太赫兹电路频段要求，确定输入矩形波导的尺寸，选择合适的介质基片宽带，从而可以确定减宽波导的宽度，利用微波电路计算机辅助软件，对太赫兹带通滤波器到肖特基二极管的距离以及减宽波导的长度设定所需的传输特性设计目标，通过软件的优化设计程序，从而确定输入各单元的参数。
[0019](2)、对输出部分，包括直流馈电低通滤波器、输出标准矩形波导，进行匹配优化。利用微波电路计算机辅助软件，对滤波器到输出波导的距离以及中间微带传输线的尺寸设定所需的传输特性设计目标，通过软件的优化设计程序，从而确定输入各单元的参数。
[0020](3)、将输入部分和输出部分进行联合仿真，确定最后太赫兹频段固态倍频器的结构。
【主权项】
1.一种太赫兹偶次固态倍频器，包括标准输入矩形波导(I)、肖特基二极管(3)、直流馈电低通滤波器(5)，其特征在于:外部射频信号通过标准矩形波导(I)经减宽波导(2)进入肖特基二极管(3)，肖特基二极管对输入基波进行变频，产生偶次谐波，再经太赫兹带通滤波器(4)对所需要的偶次谐波分量之外的杂波进行过滤，将所产生的偶次谐波频率信号通过标准波导(6 )输出。2.如权利要求1所述的太赫兹偶次固态倍频器，其特征在于:通过调整减宽波导(2)波导短路面到肖特基二极管(3)的距离以及肖特基二极管(3)到标准输入波导口的距离，从而调整输入端口的反射系数，改善驻波。3.如权利要求1所述的太赫兹偶次固态倍频器，其特征在于:标准输入矩形波导(I)前端相连减宽波导(2)，肖特基二极管(3)通过减宽波导(2)腔体相连太赫兹带通滤波器(4)和直流馈电低通滤波器(5)，输出标准矩形波导(6)垂直通过减宽波导(2)腔体，固联在太赫兹带通滤波器(4)与直流馈电低通滤波器(5)之间。4.如权利要求1所述的太赫兹偶次固态倍频器，其特征在于:肖特基二极管(3)焊接在减宽波导(2)腔体中心的电路基板上。5.如权利要求1所述的太赫兹偶次固态倍频器，其特征在于:肖特基二极管两端管脚焊接在减宽波导壁上构成接地。6.如权利要求1所述的太赫兹偶次固态倍频器，其特征在于:肖特基二极管(3)为多管反向串联结构形式的二极管对。
【专利摘要】本实用新型公开的一种太赫兹偶次固态倍频器，旨在提供一种结构简单，效率高，能够有效提供太赫兹信号的倍频器。本实用新型通过下述技术方案予以实现：外部射频信号通过标准矩形波导（1）进行输入，通过减宽波导（2）进入肖特基二极管（3）。肖特基二极管对输入基波进行变频，产生偶次谐波，然后进入太赫兹带通滤波器（4），对杂波进行过滤，仅通过需要的偶次谐波分量。外部通过直流馈电低通滤波器（5）对肖特基二极管（3）进行馈电激励，提升肖特基二极管的工作效率。所产生的偶次谐波频率信号最后通过标准波导（6）输出。本实用新型解决了工程应用中高效、稳定的太赫兹信号源实现的难题。
【IPC分类】H03B19/14
【公开号】CN204948027
【申请号】CN201520705550
【发明人】王志辉, 李凯, 黄建
【申请人】中国电子科技集团公司第十研究所
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年9月13日