一种宽频带太赫兹谐波混频器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及固态太赫兹技术，具体涉及一种宽频带太赫兹谐波混频器。
【背景技术】
[0002]在固态太赫兹领域中，研制出合格的谐波混频器是研究通信系统的基础。伴随着太赫兹通信技术的不断发展，太赫兹谐波混频器在不断地往更高的频段发展。在高频频段，承载电路的石英基片和放置电路的腔体都会变得很小，导致加工精度、装配难度逐渐提高。现有的具有砷化镓衬底的倒贴二极管对已无法满足高频段谐波混频器宽频带的设计需求。在传统的倒贴型二极管对电路中，二极管对加工在一个砷化镓衬底上，然后倒贴在混频电路中实现二极管电路的装配。但是在更高的频段，比如664GHz甚至更高的频段时，砷化镓衬底将会在腔体内会引起谐振，使混频器出现传输零点，造成在某些频点处变频损耗变得极差，从而限制了宽频带的设计。同时，倒贴型二极管在装配的时候需要人工显微镜下用导电胶粘在混频器电路上，人工装配会引起二极管的移位，这将会严重影响混频器的性能。而且导电胶的厚度也会对电路的性能产生影响。
[0003]近年来，太赫兹技术作为重要的研究领域，在国内外已经受到越来越广泛的关注。无论太赫兹波应用于哪个方面以及哪个频段，都离不开对太赫兹波的接收，对于最为常用的基于超外差体制的接收机来说，实现频率下变频作用的混频器是其中的一个关键部件。在固态太赫兹雷达和通信等系统中，由于缺少低噪声放大器，混频器就成为了接收端的第一级，它的指标直接影响着整体系统的性能。由于同频段高性能本振源实现难度大，采用分谐波混频技术是解决此问题的有效途径。在仅有的几类可工作于太赫兹频段的混频器中，只有基于平面肖特基二极管的太赫兹分谐波混频器可工作于室温，无需提供如液氦等以实现苛刻的低温环境。
[0004]从太赫兹波的大气传输特性中可以看出，在183GHz，320GHz, 380GHz, 664GHz附近存在水分子吸收窗口，是用来探测大气湿度轮廓线的关键频段，因而针对这些频段的研究非常重要。在太赫兹通信与雷达系统中，由于低噪声放大器实现较为困难，混频器变成了接收系统的第一级，所以混频器性能的好坏直接关系到整个接收机系统的性能。同时由于振荡源的实现比较困难，通常采用降低本振频率为其原来的一半即分谐波混频器来实现。目前基于平面封装的GaAs肖特基二极管的太赫兹分谐波混频器主要采用微带线的主流电路结构，无源电路由射频端口过渡、本振低通滤波器、本振中频双工(包括本振端口过渡和中频低通滤波器)两部分组成。在射频过渡端通过微带线和下腔体充分接触实现射频和直流的接地。射频和本振信号分别从各自端口馈入，经过渡到微带线并经相应匹配网络后加载到混频二极管上，由于本振信号频率低于射频端口波导截止频率，所以本振信号不会从射频端口处泄漏，而射频信号由于本振低通滤波器(通本振频率、阻射频频率)的存在而不会从本振端口泄漏，从而实现这两个端口间的隔离；混频产生的中频信号从本振双工器通过一个微带低通滤波器输出。其中二极管对采用倒贴的方式用导电胶粘在射频过渡和本振低通滤波器之间，倒贴二极管对能很好的实现太赫兹低频段的混频器设计，但当频率进一步提升，用倒贴型二极管对设计混频器已无法满足宽频带的设计需求，在比较高的太赫兹频段，比如664GHz甚至更高时，砷化镓衬底将会在腔体内会引起谐振，使混频器出现传输零点，造成在某些频点处变频损耗变得极差限制了宽频带的设计。在频率非常高的时候由于肖特基二极管的尺寸非常小其倒装焊接在石英基片上需要比较高超的人工工艺，由于是在显微镜下进行的操作人工焊接的精度与设计精度不能保持一致且具有不确定性，人工装配引起的误差将会严重影响混频器的性能。而且导电胶的厚度也会对电路的性能产生影响。因此将二极管对直接正面的加工在石英基片上，然后通过金带与外围电路连接可以很好的解决上述问题。这样去掉了普通倒贴型二极管对中的砷化镓基片，减小了二极管本身引入的高频谐振。提高了电路的集成度，减少人工装配步骤，降低装配对混频器性能的影响。
[0005]通过查证现今存在的二极管正面设置的太赫兹混频器电路有:专利号为:CN201410401569的用于太赫兹混频器的新型混合集成电路。
[0006]专利号为:CN201410401569的用于太赫兹混频器的新型混合集成电路描述了一种肖特基二极管正面设置的太赫兹混频电路，在该专利中将混频电路分为了第一石英基板电路和中间GaAs基板电路(就是传统的二极管对)和第二石英基板电路，GaAs基板电路包括GaAs基板和设置在GaAs基板上的GaAs太赫兹肖特基二级管组成，然后采用GaAs基的微带线或悬置带线焊接在二级管的焊盘两端，其中的二极管单独作为一部分加工在砷化镓基片上，其余两部分电路用石英做基片。在该专利中由于三部分电路的基片厚度不一致，为了保证表面高度的一致，需要对混频器的承载空气腔做复杂设计，增加了腔体加工的难度，这会引起不必要的误差。
[0007]单片集成的太赫兹混频电路通常采用5 μ m到15 μ m厚度的GaAs材料作为衬底，肖特基混频二极管直接在衬底基片上生成并与砷化镓基片上的微带线直接相连，其中二极管结构也正面向上，集成度比较高，需要人工装配的步骤很少。但是单片集成电路中由于砷化镓(GaAs)材料的介电常数比较高、正切角比较大，在太赫兹高频段时损耗较大，且由于单片集成技术中用的砷化镓基片的厚度比较小，造成承载电路的空气腔的高度也会很小，只有砷化镓衬底的3-4倍，因此加工起来比较困难且精度比较差。
【发明内容】
[0008]本发明所的目的在于提供一种宽频带太赫兹谐波混频器，解决传统倒贴型二极管对无法满足太赫兹高频段宽频带设计需求的问题，解决了人工装配二极管的移位问题，去掉了砷化镓衬底，达到了宽频带的设计目的。
[0009]本发明的通过下述技术方案实现:
一种宽频带太赫兹谐波混频器，包括空腔结构、射频波导、本振波导，空腔结构横穿射频波导和本振波导，在空腔结构内设置有石英基片，在石英基片的正表面设置有去除砷化镓衬底的肖特基二极管对，肖特基二极管对包括2个对称的二极管，2个二极管的正面均具有金属阳极，2个二极管分别为二极管A和二极管B，还包括设置在石英基片上的前端电路和后端电路，其中，二极管A的金属阳极的正面设置有金丝A，金丝A与前端电路连接，二极管B的金属阳极的正面设置有金丝B，金丝B与后端电路连接。
[0010]本发明的设计原理为:现有技术中，倒贴二极管的砷化镓衬底会在太赫兹高频段引入谐振点，使混频器宽频带设计变得困难，且倒贴型二极管对的装配引起的误差在高频段显得更加严重，且人工装配倒贴型二极管对产生的移位在高频段对性的影响更加严重。
[0011]而本发明的设计为:本发明采用正贴去除砷化镓衬底的肖特基二极管对，然后采用金丝将肖特基二极管对的正面的金属阳极与前端电路和后端电路连接，将前端电路和后端电路以及肖特基二极管对集成在一个石英基片上，利用去掉去除砷化镓衬底的肖特基二极管对代替传统的倒贴型太赫兹肖特基二级管，以前谐波混频器必须用两个二极管。将二极管对直接加工在石英基片上，去掉砷化镓衬底，提高电路的集成度，减少人工装配步骤，降低装配误差对混频器性能的影响。且将肖特基二极管正面加工在电路基片上，能使二极管精准的加工在所设计的电路位置上，省去了人工粘贴二极管的步骤，消除了因人工装配造成的二极管位移引起的混频误差，提高二极管加工精度，使混频器的测试结果与设计结构保持一致。专利号为:CN201410401569，用于太赫兹混频器的新型混