专利名称：一种紧凑型低温二次谐波混频器基座的制作方法
技术领域：
本发明属于一种射频微波波导元器件，特别是一种紧凑型的二次谐波混频器基座。
背景技术：
太赫兹技术是遥感中的一项关键技术，同时在人体安检、大气环境、资源遥感等领域也有潜在的应用领域也有潜在的应用价值。肖特基二极管混频器是这个频段应用最广的探测器。因此广泛应用于毫米波及太赫兹接收系统作为变频器件或检波器件。目前所采用的混频电路形式主要有三种双边带混频器、单边带混频器以及边带分离型混频。按参考信号与待检RF信号的频率关系，混频电路形式主要有基波混频器、二次谐波混频器以及更高次谐波混频器。基波混频器采用参考信号输出的基波信号直接与射频信号进行混频。 产生的中频输出信号频率是参考信号频率与待测信号频率之差，即满足《IF= I ωΕρ-ωω|,二次谐波混频器主要是利用参考信号的二次谐波来跟RF信号混频，然后通过输出滤波器选出所需的信号。中频输出信号的频率是参考信号频率两倍与待测RF信号频率之差，即满足ωιρ= I ωΕρ-2ω,0|ο 一般说来基波混频器的混频特性好过二次谐波混频器，但考虑到实际情况，相比基波混频，二次谐波混频器对参考信号源功率要求高，频率低，所以二次谐波混频器的参考信号源经济成本更低。使得实际应用中被普遍采用。常见的二次谐波混频器主体包含一个混频基座，混频器芯片(主要实现混频的核心部件),RF输入端，参考信号输入端及中频输出端。已有的二次谐波混频器虽然能实现基本功能，但仍存在以下缺点。首先，已有的波导型二次谐波混频器结构不紧凑，目前多点阵列式混频探测已经是主流应用领域。不紧凑的结构在应用于阵列探测时会引起稀疏采样及混频器排列问题。当稀疏采样出现时，需要多次扫描来弥补稀疏排列问题，造成接收机工作效率低。其次，由于已有的波导型双边带二次谐波混频器都是针对常温工作环境下设计的，由于常温下肖特基二极管的热噪声高于低温时的热噪声，常温时不能充分利用低温下优良的热噪声从而提高二次谐波混频器的混频性能。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种紧凑型的二次谐波混频器基座，调整参考信号、待测信号输入及输出信号端口的结构解决波导型二次谐波混频器基座体积过大不便阵列安装的问题。同时在混频器基座主体前端设计一个传热支撑结构，便于混频器在低温环境中的应用。本发明的技术解决方案是一种紧凑型低温二次谐波混频器基座，包括热传导支撑和基座主体；基座主体包括信号输入波导结构、参考信号输入波导结构、混频芯片槽、高频转接腔和输出信号端Π ；L型的热传导支撑底面为水平接触面，侧面为垂直接触面且垂直接触面上有镂空结构，所述基座主体与热传导支撑的垂直接触面固定在一起且基座主体的信号输入波导结构从热传导支撑侧面上的镂空结构中探出；用于输入参考信号的参考信号输入波导结构和用于输入待测信号的信号输入波导结构位于所述基座主体的相互对立的两个端面；所述信号输入波导结构又包括待测信号输入口、待测信号输入波导、信号输入波导过渡段和待测信号输入半高波导；所述参考信号输入波导结构又包括参考信号输入口、参考信号输入波导、参考信号输入波导过渡段和参考信号输入半高波导；所述待测信号输入口位于所述信号输入波导结构从热传导支撑侧面镂空结构中探出部分的端面上，待测信号输入波导从所述待测信号输入口深入到所述基座主体的内部，待测信号输入波导和待测信号输入半高波导之间通过信号输入波导过渡段连接为一 体，待测信号输入半高波导上留有信号输入端信号耦合口；所述参考信号输入口位于所述基座主体与热传导支撑侧面相接触端面的对立面上，参考信号输入波导从所述参考信号输入口深入到所述基座主体的内部，参考信号输入波导和参考信号输入半高波导之间通过参考信号输入波导过渡段连接为一体，参考信号输入半高波导上留有参考信号输入端信号耦合口；混频芯片槽的一端通过所述信号输入端信号耦合口与待测信号输入半高波导联通，另一端通过所述参考信号输入端信号耦合口与高频转接腔联通，同时，混频芯片槽穿过参考信号输入半高波导将高频转接腔、参考信号输入波导结构和信号输入波导结构联通在一起；输出信号端口与高频转接腔连接作为所述紧凑型低温二次谐波混频器基座的信号输出口。所述待测信号输入半高波导和待测信号输入波导均为矩形波导且待测信号输入半高波导的高度是待测信号输入波导高度的一半。所述待测信号输入波导和参考信号输入波导均与热传导支撑的底面水平接触面平行。所述混频芯片槽与待测信号输入波导和参考信号输入波导均垂直。所述输出信号端口与待测信号输入波导和参考信号输入波导均平行。所述输出信号端口的开口方向与待测信号输入口的开口方向相同。本发明与现有技术相比的有益效果是(I)本发明由于采用了高频转接腔从而充分利用了二次谐波混频器标准输入波导接口的尺寸差异，使得信号输出得以从混频器主体的前部引出，这样的前入前出的结构满足了阵列应用高密度集成的要求。(2)本发明通过在基座主体输入输出侧面设置L型热传导支撑，通过L型热传导支撑的垂直面的镂空结构达到充分热接触，提高接触面的热传导效率。这样的L型镂空传导支撑满足了低温环境应用的要求。
图1为本发明混频器基座结构不意图；图2为本发明混频器基座结构剖视图3为本发明热传导支撑结构示意图；图4为本发明基座主体剖视图。
具体实施例方式本发明提供了一种紧凑型低温二次谐波混频器基座，如图1、图2所示，包括热传导支撑I和基座主体7 ;基座主体7包括信号输入波导结构2、参考信号输入波导结构3、混频芯片槽4、高频转接腔5和输出信号端口 6 ；如图3所示，L型的热传导支撑I底面11为水平接触面，侧面12为垂直接触面且垂直接触面上有镂空结构13，所述基座主体7与热传导支撑I的垂直接触面固定在一起且基座主体7的信号输入波导结构2从热传导支撑I侧面12上的镂空结构13中探出；用于输入参考信号的参考信号输入波导结构3和用于输入待测信号的信号输入 波导结构2位于所述基座主体7的相互对立的两个端面；如图4所示，信号输入波导结构2又包括待测信号输入口 21、待测信号输入波导22、信号输入波导过渡段23和待测信号输入半高波导25 ;参考信号输入波导结构3又包括参考信号输入口 31、参考信号输入波导32、参考信号输入波导过渡段33和参考信号输入半闻波导35 ；待测信号输入口 21位于所述信号输入波导结构2从热传导支撑I侧面镂空结构中探出部分的端面上，待测信号输入波导22从所述待测信号输入口 21深入到所述基座主体7的内部，待测信号输入波导22和待测信号输入半高波导25之间通过信号输入波导过渡段23连接为一体，待测信号输入半高波导25上留有信号输入端信号耦合口 24 ；待测信号输入半高波导25和待测信号输入波导22均为矩形波导且待测信号输入半高波导25的高度是待测信号输入波导22高度的一半。参考信号输入口 31位于所述基座主体7与热传导支撑I侧面相接触端面的对立面上，参考信号输入波导32从所述参考信号输入口 31深入到所述基座主体7的内部，参考信号输入波导32和参考信号输入半高波导35之间通过参考信号输入波导过渡段33连接为一体，参考信号输入半高波导35上留有参考信号输入端信号耦合口 34 ；待测信号输入波导22和参考信号输入波导32均与热传导支撑I的底面水平接触面平行。混频芯片槽4的一端通过所述信号输入端信号耦合口 24与待测信号输入半高波导25联通，另一端通过所述参考信号输入端信号耦合口 34与高频转接腔5联通，混频芯片槽4与高频转接腔5的联通位置为耦合口 51 ;同时，混频芯片槽4还穿过参考信号输入半高波导35将高频转接腔5、参考信号输入波导结构3和信号输入波导结构2联通在一起；混频芯片槽4与待测信号输入波导22和参考信号输入波导32均垂直。输出信号端口 6与高频转接腔5连接作为所述紧凑型低温二次谐波混频器基座的信号输出口，输出信号端口6与待测信号输入波导22和参考信号输入波导32均平行,输出信号端口 6的开口方向与待测信号输入口 21的开口方向相同。对于二次谐波混频器，待测信号频率约为参考信号频率的两倍，由于参考信号和待测信号均需通过标准波导法兰接入，因此在尺寸上待测信号输入口 21比参考信号输入口 31小很多。待测信号输入口 21和参考信号输入口 31在基座主体相互对立的两个端面上，基座主体的高度与参考信号标准输入波导法兰直径相同，所以在待测信号输入口 21旁有比较大的空间余量。我们在此处设有SMA接头形式的信号输出口 6。在紧凑型低温二次谐波混频器基座工作时，待测的微波信号从待测信号输入波导
22进入，经由信号输入波导过渡段23进入待测信号输入半高波导25，再通过信号输入端信号耦合口 24进入混频芯片槽4的二次谐波混频槽41，同时大约是待测信号频率一半的参考信号从参考信号输入波导32进入基座主体，经由参考信号输入波导过渡段33进入参考信号输入半高波导35，再通过参考信号输入端信号耦合口 34进入二次谐波混频槽41。二次谐波混频槽41中安装有混频电路，待测信号与参考信号经由混频电路混频之后输出中频信号。中频输出信号穿过参考信号输入半高波导35进入混频滤波槽42，经由混频滤波槽42中的混频滤波电路滤波之后进入高频转接腔5，最后从信号输出口 6输出。在这里我们充分利用了二次谐波混频器标准输入波导接口的尺寸差异，让待测信号输入口 21和参考信号输入口 31在基座主体相互对立的两个端面上，同时让待测信号输 入口 21和信号输出口 6的共同尺寸与参考信号输入口 31尺寸相同，使基座主体的垂直截面达到最小，实现了紧凑型结构。基座主体输入输出侧面设置L型热传导支撑1，通过L型热传导支撑的垂直面的镂空结构13达到充分热接触，提高接触面的热传导效率。这样的L型镂空传导支撑满足了低温环境应用的要求。由于紧凑型低温二次谐波混频器基座采用了前入前出的结构，在基座主体的四个侧面没有设有输入输出接口，使得多个基座主体可以紧密地排列在一起，实现在低温环境下毫米波频段混频器的非稀疏采集。
权利要求
1.一种紧凑型低温二次谐波混频器基座，其特征在于包括热传导支撑(I)和基座主体(7);基座主体(7)包括信号输入波导结构(2)、参考信号输入波导结构(3)、混频芯片槽(4)、高频转接腔(5)和输出信号端口(6)；L型的热传导支撑(I)底面为水平接触面，侧面为垂直接触面且垂直接触面上有镂空结构，所述基座主体(7)与热传导支撑(I)的垂直接触面固定在一起且基座主体(7)的信号输入波导结构(2)从热传导支撑(I)侧面上的镂空结构中探出；用于输入参考信号的参考信号输入波导结构(3)和用于输入待测信号的信号输入波导结构(2)位于所述基座主体(7)的相互对立的两个端面；所述信号输入波导结构(2)又包括待测信号输入口(21)、待测信号输入波导(22)、待测信号输入波导过渡段(23)和待测信号输入半高波导(25)；所述参考信号输入波导结构(3)又包括参考信号输入口(31)、参考信号输入波导 (32)、参考信号输入波导过渡段(33)和参考信号输入半高波导(35)；所述待测信号输入口(21)位于所述信号输入波导结构(2)从热传导支撑(I)侧面镂空结构中探出部分的端面上，待测信号输入波导(22)从所述待测信号输入口(21)深入到所述基座主体(7)的内部，待测信号输入波导(22)和待测信号输入半高波导(25)之间通过信号输入波导过渡段(23)连接为一体，待测信号输入半高波导(25)上留有信号输入端信号耦合口 (24)；所述参考信号输入口(31)位于所述基座主体(7)与热传导支撑(I)侧面相接触端面的对立面上，参考信号输入波导(32)从所述参考信号输入口(31)深入到所述基座主体(7) 的内部，参考信号输入波导(32)和参考信号输入半高波导(35)之间通过参考信号输入波导过渡段(33)连接为一体，参考信号输入半高波导(35)上留有参考信号输入端信号耦合口 (34)；混频芯片槽(4)的一端通过所述信号输入端信号耦合口(24)与待测信号输入半高波导(25)联通，另一端通过所述参考信号输入端信号耦合口(34)与高频转接腔(5)联通，同时，混频芯片槽(4)还穿过参考信号输入半高波导(35)将高频转接腔(5)、参考信号输入波导结构(3)和信号输入波导结构(2)联通在一起；输出信号端口(6)与高频转接腔(5)连接作为所述紧凑型低温二次谐波混频器基座的信号输出口。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型低温二次谐波混频器基座，其特征在于所述待测信号输入半高波导(25)和待测信号输入波导(22)均为矩形波导且待测信号输入半高波导(25)的高度是待测信号输入波导(22)高度的一半。
3.根据权利要求1所述的一种紧凑型低温二次谐波混频器基座，其特征在于所述待测信号输入波导(22)和参考信号输入波导(32)均与热传导支撑(I)的底面水平接触面平行。
4.根据权利要求1所述的一种紧凑型低温二次谐波混频器基座，其特征在于所述混频芯片槽(4)与待测信号输入波导(22)和参考信号输入波导(32)均垂直。
5.根据权利要求1所述的一种紧凑型低温二次谐波混频器基座，其特征在于所述输出信号端口(6)与待测信号输入波导(22)和参考信号输入波导(32)均平行。
6.根据权利要求1所述的一种紧凑型低温二次谐波混频器基座，其特征在于所述输出信号端口(6)的开口方向与待测信号输入口(21)的开口方向相同。
全文摘要
一种紧凑型低温二次谐波混频器基座，包括热传导支撑和基座主体；基座主体包括信号输入波导结构、参考信号输入波导结构、混频芯片槽、高频转接腔和输出信号端口；其中L形的热传导支撑包括水平接触面，垂直接触面和垂直接触面上的镂空结构，基座主体与热传导支撑固定在一起；在信号输入波导结构中设有待测信号输入口、待测信号输入波导、参考信号输入波导过渡段和待测信号输入半高波导，在参考信号输入波导结构中同样设有与之匹配的参考信号输入口、参考信号输入波导、参考信号输入波导过渡段和参考信号输入半高波导，混频芯片槽将信号输入波导结构、参考信号输入波导结构及高频转接腔联通在一起。本发明能实现在低温环境下毫米波频段混频器的非稀疏采集。
文档编号H01P1/213GK103022604SQ20121057493
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者张成江, 毕显婷, 吴久峰 申请人:中国航天空气动力技术研究院