一种集成式固态信号外扩频装置及固态信号发生器的制作方法

本公开属于太赫兹信号发生装置技术领域，具体涉及一种集成式固态信号外扩频装置及固态信号发生器。

背景技术：

随着太赫兹技术的不断发展，基于固态电子的太赫兹信号发生技术应用十分广泛。传统的太赫兹325-500ghz固态信号外扩频装置的典型结构如图1所示，主要是由倍频器、功率放大器、滤波器、衰减器等部件组成，通过级联倍频、放大、滤波等方式，使输入的微波信号上变频为太赫兹信号输出，具有性能稳定、功耗小等优点，应用十分广泛。每种部件都是独立由波导腔体封装完成，再组装而成。这样的系统优点就是各个部件可以独立调试和使用，其次是可以采用各种复杂空间多层结构来改善输出功率。

发明人认为，因为传统的太赫兹固态倍频链路/模块中的各个部件多是独立的，各部件之间通过法兰互联，每级部件都需要延长输入或输出波导留出法兰安装固定孔，而且法兰之间势必存在一定的传输损耗，导致整体链路尺寸较大，性能一定程度恶化。同时其整体体积过大,不适用于小型化应用场景需求。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种集成式固态信号外扩频装置及信号发生装置，能够解决现有太赫兹固态倍频链路中，各部件之间需要法兰连接，造成装置体积过大、性能恶化的问题，便于实现外扩频装置的小型化。

为实现上述目的，本公开的第一方面提供一种集成式固态信号外扩频装置，包括传输波导，所述传输波导的内腔中设置有用于接收微波信号源的一级三倍频器，一级三倍频器的输出端信号能够通过功分器将功率均分至四个二级三倍频器，四个二级三倍频器的输出端信号能够通过合成器合成至三级三倍频器，三级三倍频器输出倍频后的太赫兹信号。所述一级三倍频器、二级三倍频器与三级三倍频器均为微带倍频结构。

本公开的第二方面提供一种固态信号发生器，包括上述的集成式固态信号外扩频装置。

以上一个或多个技术方案的有益效果：

本公开中采用单独的一个传输波导，在传输波导中依次级联多个倍频器，倍频器采用微带倍频结构，因此，相邻倍频器之间可以直接通过微带线连接，不需要进行微带线信号通过探针转波导信号，然后再次利用探针转下一级的微带线信号。即省却了微带线传输信号与波导信号之间的多次转换，省却了波导及探针的使用，减少了倍频链路的长度。

同时，传输波导为一体式结构，不需要利用法兰实现多个倍频器之间的连接，进一步节省了波导的长度，减少倍频链路的整体长度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本公开实施例中整体电路的拓扑结构示意图；

图2为本公开实施例中各部件之间连接关系示意图；

图3为现有集成式固态信号外扩频装置的示意图。

图中：1、一级倍频器；2、二级倍频器；3、三级倍频器；4、功率合成放大器；5、连接法兰。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如说明书附图3中所示，现有技术中的325-500ghz固态信号外扩频装置包括一级倍频器1、二级倍频器2、三级倍频器3、功率合成放大器4、连接法兰5。波导信号与微带传输信号之间的相互转换以及法兰连接的原因，使得整体装置较长，体积较大。

本公开的目的就是解决现有的325-500ghz固体信号发生装置体积较大，难以与其他系统集成的难题，采用纯平面架构对整个装置进行了设计，在充分保证其输出功率的同时，尽可能的减小了整个装置的体积和重量。

本公开的一种典型实施方式中，如图1-图2所示，本实施例提供一种集成式固态信号外扩频装置，包括传输波导，所述传输波导的内腔中设置有用于接收微波信号源的一级三倍频器，一级三倍频器的输出端信号能够通过功分器将功率均分至四个二级三倍频器，四个二级三倍频器的输出端信号能够通过合成器合成至三级三倍频器，三级三倍频器输出倍频后的太赫兹信号。所述一级三倍频器、二级三倍频器与三级三倍频器均为微带倍频结构。

所述传输波导能够与12ghz-18.6ghz微波信号发生器连接，以接收微波信号。

所述一级三倍频器靠近微波信号的一端通过微带线与第一功率放大器连接。所述一级三倍频器的输出端通过微带线与第一滤波器连接，第一滤波器的输出端通过微带线与第二功率放大器的输入端连接；第二功率放大器的输出端通过微带线输出至两个第三功率放大器，第三功率放大器的输出端分别通过微带线与两个二级三倍频器连接。

四个所述二级三倍频器的输出端通过微带线输出至第二滤波器，第二滤波器的输出端通过微带线与三级三倍频器连接。进一步，所述三级三倍频器的末端设置有第三滤波器。

所述第一功率放大器为12ghz-19ghz功率放大器，第二功率放大器为36ghz-56ghz功率放大器，第三功率放大器为36ghz-56ghz功率放大器。所述一级三倍频器为36ghz-56ghz倍频器，二级三倍频器为108hz-167ghz倍频器，三级三倍频器为325ghz-500ghz倍频器。

所述功分器为微带功分结构，微带功分结构具有一个输入段微带线和多个输出段微带线。所述合成器为微带合成结构，微带合成结构具有多个输入段微带线和一个输出段微带线。

工作原理：微波信号源提供12-18.6ghz输入信号，经12-19ghz的功率放大器放大之后，驱动一级三倍频器产生36-56ghz的信号，继而经过第一滤波器之后，经过36-56ghz的功率放大器进行功率放大，然后再分别经过36-56ghz的功率放大器进行二级放大，之后分别驱动两个108-166ghz的二级三倍频器，然后将四路108-166ghz的信号进行合成之后经第二滤波器之后，驱动三级三倍频器产生325-500ghz的信号，最终经第三滤波器输出。该系统中采用的滤波器主要作用是提高信号质量和提高前级倍频器的效率，即抑制基波的同时通过三次谐波信号。

整个信号发生装置全部采用平面结构，所有的结构都是采用微带/悬置微带结构，整个装置中的各部分都集中在一个腔体中，各个单元之间通过微带线或者金网进行连接。整个发生装置体积大大减小，约为原先的1/5左右。

本实施例中所提出的小型化集成的325-500ghz信号发生装置的优点说明如下：1、体积小，易于集成：采用一体化设计，减少了各个部件之间的互联结构，降低了传输过程中的损耗，传输结构同时也是阻抗匹配结构；由于采用了一体化集成设计，所有的器件、部件都封装在一个波导腔中，整体长度大大减短，尺寸紧凑。同时，采用纯平面结构或者平面芯片，易于和其他系统进行集成。

2、方案成熟，易于实现：本公开所提出的方案中各个部分元器件及电路均已得到过实际的验证或者实现，整体电路在现在技术条件下易于实现和制备。

实施例2

本实施例提供一种固态信号发生器，利用了实施例1中所述的集成式固态信号外扩频装置。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。