采用垂直波导实现三维集成的分谐波混频器的制作方法

1.本发明涉及混频器技术领域，尤其涉及一种采用垂直波导实现三维集成的分谐波混频器。


背景技术：

2.由于工作频率高、带宽宽、噪声系数低等优点，基于肖特基二极管的混频器广泛应用于各种如行星和地球观测、高分辨率成像雷达和多gbps 太赫兹通信 等领域。作为信号发生器和检测器的肖特基混频器是太赫兹收发器的核心元件。典型基于肖特基的混频器通常设计和组装为单独的模块或通过平面互连与其他组件集成，通过二维平面中的e平面探头于波导互联，典型的平面二维布局的混频器如图7所示，缺点在于射频微系统的集成度低。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是如何提供一种可减小尺寸并提高集成度的采用垂直波导实现三维集成的分谐波混频器。
4.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种采用垂直波导实现三维集成的分谐波混频器，其特征在于：包括htcc陶瓷基板，所述陶瓷基板的上侧形成有第一水平腔体结构，所述第一水平腔体结构内设置有石英基板，所述石英基板的上表面形成有混频电路，所述陶瓷基板的上侧设置有金属底板，与所述混频电路的本振输入微带线以及射频输入微带线相对应的htcc陶瓷基板上分别形成有射频垂直腔体以及本振垂直腔体，所述射频垂直腔体内设置有射频信号垂直波导，所述本振垂直腔体内设置有本振信号垂直波导，射频信号依次经所述htcc陶瓷基板内的互联结构以及射频信号垂直波导后耦合到所述射频输入微带线上；本振信号依次经所述htcc陶瓷基板内的互联结构以及本振信号垂直波导后耦合到所述本振输入微带线上。
5.进一步的技术方案在于：所述金属底板分别在与所述第一水平腔体结构、射频垂直腔体以及本振垂直腔体结构相对应的位置分别形成有相对应的腔体结构。
6.进一步的技术方案在于：所述混频电路中的射频输入微带线以及本振输入微带线通过e面探针与垂直方向的波导进行信号耦合。
7.进一步的技术方案在于：所述混频电路包括本振滤波电路与中频滤波电路。
8.进一步的技术方案在于：射频信号垂直波导在靠近混频电路的肖特基二极管一侧其窄边变窄，使得传输结构与二极管的匹配更好。
9.进一步的技术方案在于：由htcc陶瓷基板上的mmic输出的射频信号和本振信号分别经过射频信号垂直波导以及本振信号垂直波导过渡后传输至石英基板的射频输入微带线以及本振输入微带线上，本振信号再经过本振滤波后与射频信号在肖特基二极管上进行混频，最后由中频滤波器进行滤波后输出中频信号。
10.采用上述技术方案所产生的有益效果在于： 本技术所述混频器利用htcc工艺，将
分谐波混频器和mmic分别放置在顶层和底层，通过垂直波导-微带线过渡结构实现互联，实现结构紧凑、高集成度的混频器结构。更具体地说，混频的肖特基二极管置于石英基底上，由底层mmic输出的射频和本振信号经过垂直波导过渡后耦合至石英基底的微带线上，本振信号再经过本振滤波后与射频信号在肖特基二极管上进行混频，最后由中频滤波器进行滤波后输出中频信号。
11.垂直的波导-微带线过渡结构使得电路结构可以纵向集成，减小了太赫兹频段前端电路的尺寸；垂直的波导-微带线过渡结构使得本振mmic以及低噪声放大器mmic放置不再局限于二维平面上，器件可以布置于纵向空间中实现3d封装，提高了集成度；综合以上可知，本发明显著提升的太赫兹前端的集成度，减小了其尺寸，该混频器应用于太赫兹前端后，体积小巧，集成度高，符合小型化的需求。
附图说明
12.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
13.图1是本发明实施例所述混频器的剖视结构示意图；图2是本发明实施例所述混频器的部分剖视结构示意图；图3是本发明实施例所述混频器去掉金属底板后的俯视结构示意图；图4是本发明实施例所述混频器去掉金属底板后的结构视图；图5是本发明实施例所述混频器中金属底板的结构视图；图6是本发明实施例所述混频器的仿真曲线图；图7是现有技术中混频器的结构示意图；其中：1、htcc陶瓷基板；2、第一水平腔体结构；3、石英基板；4、混频电路；5、金属底板；6、射频垂直腔体；7、本振垂直腔体；8、射频信号垂直波导；9、本振信号垂直波导。
具体实施方式
14.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
16.如图1-图5所示，本发明实施例公开了一种采用垂直波导实现三维集成的分谐波混频器，包括htcc陶瓷基板1，所述陶瓷基板的上侧形成有第一水平腔体结构2，所述第一水平腔体结构2内设置有石英基板3，所述石英基板3的上表面形成有混频电路4，所述石英基板3的高度小于第一水平腔体结构2的高度。所述陶瓷基板的上侧设置有金属底板5，与所述混频电路4的本振输入微带线以及射频输入微带线相对应的htcc陶瓷基板上分别形成有射频垂直腔体6以及本振垂直腔体7，所述射频垂直腔体6内设置有射频信号垂直波导8，所述本振垂直腔体7内设置有本振信号垂直波导9，射频信号依次经所述htcc陶瓷基板1内的互联结构以及射频信号垂直波导7后耦合到所述射频输入微带线上；本振信号依次经所述
htcc陶瓷基板1内的互联结构以及本振信号垂直波导9后耦合到所述本振输入微带线上。
17.进一步的如图5所示，所述金属底板5分别在与所述第一水平腔体结构（2）、射频垂直腔体6以及本振垂直腔体7结构相对应的位置分别形成有相对应的腔体结构。进一步的，为了方便实现信号的传输，所述混频电路）中的射频输入微带线以及本振输入微带线通过e面探针与垂直方向的波导进行信号耦合。
18.进一步的，所述混频电路4包括本振滤波电路以及中频滤波电路，用于实现相关信号的滤波功能，此外，所述混频器电路还包括肖特基二极管等器件，其具体结构为现有技术，因此不做赘述。
19.此外，本技术中，射频信号垂直波导8在靠近混频电路的肖特基二极管一侧其窄边变窄，使得传输结构与二极管的匹配更好。由htcc陶瓷基板1上的mmic输出的射频信号和本振信号分别经过射频信号垂直波导8以及本振信号垂直波导9过渡后传输至石英基板3的射频输入微带线以及本振输入微带线上，本振信号再经过本振滤波后与射频信号在肖特基二极管上进行混频，最后由中频滤波器进行滤波后输出中频信号。
20.在上述设计的基础上，本实施实例中选择石英基片作为微带线、滤波器、二极管载体，在电磁场仿真软件hfss中建立如图1所示的互连过渡结构，提取3d电磁模型中的寄生参数，并用spice模型来表征二极管电流-电压特性。经过仿真，混频器的单边带转换损耗在198ghz~216ghz频段优于14db，表现出良好的性能，仿真结果如图6所示。
21.本发明可同时应用于不同频段的混频器设计，例如毫米波或者太赫兹频段当中也可应用该发明，在此不作限制。
22.本技术所述变频器通过垂直的波导-微带线过渡结构使得电路结构可以纵向集成，减小了太赫兹频段前端电路的尺寸；通过垂直的波导-微带线过渡结构使得本振mmic以及低噪声放大器mmic放置不再局限于二维平面上，器件可以布置于纵向空间中实现3d封装，提高了集成度；该混频器应用于太赫兹前端后，体积小巧，集成度高，符合小型化的需求。