太赫兹混频器的制作方法

本发明属于太赫兹器件技术领域，尤其涉及一种太赫兹混频器。

背景技术：

通常将频率在0.1-10thz范围内的电磁波定义为太赫兹波(thz波)，它介于毫米波和红外光之间，处于从电子学光向光子学的过渡区。thz波在电磁波频谱中占有很特殊的位置，具有频率高、带宽宽、安全性好等特点，在安检、通信、同行、雷达、射电天文中应用广泛。由于太赫兹波频频率较高，为了得到稳定可靠的信号源，常常需要利用混频的方法实现太赫兹波信号频率的变化，该过程通常是通过混频器实现的。

传统的混频器一般在输入端和输出端采用高品质因数(q值)的矩形波导谐振腔实现肖特基二极管的阻抗匹配和滤波功能，但是这种矩形波导谐振腔的结构使得混频器的腔体体积过大，不利于混频器结构的小型化。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种太赫兹混频器，以解决现有技术中矩形波导结构使得混频器的腔体体积过大，不利于混频器结构的小型化的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种太赫兹混频器，包括：

第一输入端波导结构、第二输入端波导结构和太赫兹混频电路；

所述第一输入端波导结构包括一个第一标准波导，所述第一标准波导为所述第一输入端波导结构的末级波导，所述第一输入端波导结构的末级波导的末端为第一短路面；

所述第二输入端波导结构包括依次连接的至少一个第二标准波导和至少一个第一减高波导，所述第二输入端波导结构一端的一个第一减高波导为所述第二输入端波导结构的末级波导，所述第二输入端波导结构的末级波导的末端为第二短路面；

所述太赫兹混频电路包括第一e面微带探针、第二e面微带探针、肖基特二极管、用于输出混频信号的电路传输线、第一低通滤波器、第二低通滤波器，所述第一e面微带探针的一端与所述第一低通滤波器的输入端连接，所述第一低通滤波器的输出端与所述肖基特二极管的一端连接，所述肖基特二极管的另一端与所述第二e面微带探针连接，所述第一e面微带探针的另一端与所述第二低通滤波器的输入端连接，所述第二低通滤波器的输出端与所述电路传输线连接；

所述第一e面微带探针通过所述第一输入端波导结构的末级波导上设置的第一开口延伸至所述第一输入端波导结构内，将接收到本振信号引至太赫兹混频电路；所述第二e面微带探针通过所述第二输入端波导结构的末级波导上设置的第二开口延伸至所述第二输入端波导结构内，将接收到射频信号引至太赫兹混频电路。

进一步地，所述第一输入端波导结构还包括一个与所述第一标准波导连接的第二减高波导，所述第二减高波导为所述第一输入端波导结构的末级波导。

进一步地，所述第一输入端波导结构的末级波导的长度大于所述本振信号频率的四分之一波导波长，所述第一开口位于所述第一输入端波导结构的末级波导的h面径向轴线处且于轴线平行，所述第一开口与所述第一短路面的间距为所述本振信号频率的四分之一波导波长；所述第二输入端波导结构的末级波导的长度大于所述射频信号频率的四分之一波导波长，所述第二开口位于所述第二输入端波导结构的末级波导的h面径向轴线处且于轴线平行，所述第二开口与所述第二短路面的间距为所述射频信号频率的四分之一波导波长。

进一步地，所述太赫兹混频电路还包括：输入匹配电路；所述输入匹配电路的输入端与所述第一低通滤波器的输出端连接；所述输入匹配电路的输出端与所述肖基特二极管连接。

进一步地，所述太赫兹混频电路的外部设有电路主腔体。

进一步地，所述第二e面微带探针通过接地金属带线与所述电路主腔体连接。

进一步地，所述肖基特二极管包括反向并联的两个二极管。

进一步地，所述第一低通滤波器为5阶或7阶高低阻抗微带线

进一步地，所述第一输入端波导结构与所述第二输入端波导结构的各级波导的e面重合。

进一步地，所述太赫兹混频电路的基板为罗杰斯rogers5880基板或石英基板。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例提供的太赫兹混频器包括：第一输入端波导结构、第二输入端波导结构和太赫兹混频电路；第一输入端波导结构包括一个第一标准波导，第一标准波导为第一输入端波导结构的末级波导，第一输入端波导结构的末级波导的末端为第一短路面；第二输入端波导结构包括依次连接的至少一个第二标准波导和至少一个第一减高波导，第二输入端波导结构一端的一个第一减高波导为第二输入端波导结构的末级波导，第二输入端波导结构的末级波导的末端为第二短路面；太赫兹混频电路包括第一e面微带探针、第二e面微带探针、肖基特二极管、用于输出混频信号的电路传输线、第一低通滤波器、第二低通滤波器，第一e面微带探针的一端与第一低通滤波器的输入端连接，第一低通滤波器的输出端与肖基特二极管的一端连接，肖基特二极管的另一端与第二e面微带探针连接，第一e面微带探针的另一端与第二低通滤波器的输入端连接，第二低通滤波器的输出端与电路传输线连接；第一e面微带探针通过第一输入端波导结构的末级波导上设置的第一开口延伸至第一输入端波导结构内，将接收到本振信号引至太赫兹混频电路；第二e面微带探针通过输出端波导结构的末级波导上设置的第二开口延伸至第二输入端波导结构内，将接收到射频信号引至太赫兹混频电路。由于第一输入端波导结构包括一个标准波导，且太赫兹混频电路采用包括第一e面微带探针、第二e面微带探针、肖基特二极管、用于输出混频信号的电路传输线、第一低通滤波器、第二低通滤波器的平面传输线结构，第二输入端波导结构采用第二标准波导与第一减高波导依次互相连接的多级波导结构，既能够实现减小第一输入端波导结构和太赫兹混频电路的尺寸，以有利于太赫兹混频器的小型化，又能降低太赫兹混频器的电路材料损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例提供的太赫兹混频器的结构示意图；

图2为本发明另一个实施例提供的太赫兹混频器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的肖特基二极管结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参考图1，图1为本发明一个实施例提供的太赫兹混频器的结构示意图，本实施例的太赫兹混频器包括：第一输入端波导结构101、第二输入端波导结构102和太赫兹混频电路103。

第一输入端波导结构101包括一个第一标准波导1011，第一标准波导1011为第一输入端波导结构101的末级波导，第一输入端波导结构101的末级波导的末端为第一短路面。

第二输入端波导结构102包括依次连接的至少一个第二标准波导1021和至少一个第一减高波导1022，第二输入端波导结构102一端的一个第一减高波导1022为第二输入端波导结构102的末级波导，第二输入端波导结构102的末级波导的末端为第二短路面。

太赫兹混频电路103包括第一e面微带探针1031、第二e面微带探针1032、肖基特二极管1033、用于输出混频信号的电路传输线1034、第一低通滤波器1035、第二低通滤波器1036，第一e面微带探针1031的一端与第一低通滤波器1035的输入端连接，第一低通滤波器1035的输出端与肖基特二极管1033的一端连接，肖基特二极管1033的另一端与第二e面微带探针1032连接，第一e面微带探针1031的另一端与第二低通滤波器1036的输入端连接，第二低通滤波器1036的输出端与电路传输线1034连接。

第一e面微带探针1031通过第一输入端波导结构101的末级波导上设置的第一开口1012延伸至第一输入端波导101结构内，将接收到本振信号引至太赫兹混频电路；第二e面微带探针1032通过第二输入端波导结构102的末级波导上设置的第二开口1023延伸至第二输入端波导结构102内，将接收到射频信号引至太赫兹混频电路。其中，本振信号的频率可以是110ghz，射频信号的频率可以是221ghz。

需要说明的是：第一低通滤波器的作用是将接收的本真信号最大限度的传输至肖基特二极管，同时组织射频信号以及其他谐波向输入端和中频段的反馈。第二低通滤波器的只允许肖基特二极管产生的各次谐波中的中频信号通过。

上述太赫兹混频器的工作原理为：第一输入端波导结构接收到本振信号，第一e面微带探针获取本振信号，经过第一低通滤波器处理后，传输至肖基特二极管；第二输入端波导结构接收射频信号，第二e面微带探针获取射频信号，传输至肖基特二极管；肖基特二极管将本振信号和射频信号进行混频处理，产生各次谐波，传输至第二低通滤波器，第二低通滤波器处理后获得中频信号，通过电路传输线传输出去。

从上述实施例可知，本发明实施例提供的太赫兹混频器，由于第一输入端波导结构包括一个标准波导，且太赫兹混频电路采用包括第一e面微带探针、第二e面微带探针、肖基特二极管、用于输出混频信号的电路传输线、第一低通滤波器、第二低通滤波器的平面传输线结构，第二输入端波导结构采用第二标准波导与第一减高波导依次互相连接的多级波导结构，既能够实现减小第一输入端波导结构和太赫兹混频电路的尺寸，以有利于太赫兹混频器的小型化，又能降低太赫兹混频器的电路损耗。

参考图2，图2为本发明另一个实施例提供的太赫兹混频器的结构示意图，在上述实施例的基础上，第一输入端波导结构101还包括：一个与第一标准波导1011连接的第二减高波导1013，第二减高波导1013为第一输入端波导结构101的末级波导。其中，第一标准波导1011可以是wr-8矩形波导，第二减高波导1013为一级减高波导。通过增设一级减高波导以保证本振信号最大限度进入第一输入端波导结构。

进一步地，参考图2，第一输入端波导结构101的末级波导的长度大于本振信号频率的四分之一波导波长，第一开口1012位于第一输入端波导结构101的末级波导的h面径向轴线处且于轴线平行，第一开口1012与第一短路面的间距为本振信号频率的四分之一波导波长。

第二输入端波导结构102的末级波导的长度大于射频信号频率的四分之一波导波长，第二开口1023位于第二输入端波导结构102的末级波导的h面径向轴线处且于轴线平行，第二开口1023与第二短路面的间距为射频信号频率的四分之一波导波长。其中e面为矩形波导的窄面，代表电场；h面为矩形波导的宽面，代表磁场。

由于在波导结构中距离短路面四分之一波导波长处的电场最强，因此将第一开口与第一短路面的间距为本振信号频率的四分之一波导波长，能够保证最大限度地将接收到的本振信号从第一输入端波导结构的腔体内耦合至太赫兹混频电路；第二开口与第二短路面的间距为射频信号频率的四分之一波导波长，能够保证将射频信号最大限度地从太赫兹混频电路耦合至太赫兹混频电路。

进一步地，参考图2，太赫兹混频电路103还包括：输入匹配电路1037，所述输入匹配电路1037的输入端与所述第一低通滤波器1035的输出端连接；所述输入匹配电路1037的输出端与所述肖基特二极管1033连接。通过输入匹配电路的作用是将第一输入端的阻抗与肖基特二极管的阻抗进行匹配。

进一步地，参考图2，所述太赫兹混频电路的外部设有电路主腔体104。

进一步地，参考图2，所述第二e面微带探针1032通过接地金属带线1038与所述电路主腔体104连接。

进一步地，参考图3，所述肖基特二极管1033包括反向并联的两个二极管。

进一步地，所述第一低通滤波器为5阶或7阶高低阻抗微带线。

进一步地，参考图2，所述第一输入端波导结构101与所述第二输入端波导结构102的各级波导的e面重合。其中输入端波导结构101与所述输出端波导结构102的各级波导的中心轴线可以重合也可以不重合。

进一步地，参考图2，所述太赫兹混频电路的基板为罗杰斯rogers5880基板或石英基板，其中罗杰斯5880基板的厚度为127毫米，所述石英基板的厚度为30毫米至75毫米。

需要说明的是，太赫兹混频电路的基板上的传输线均为金属金au构成，厚度范围为2微米至4微米。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。