一种面向太赫兹通感一体化的片上无磁同时同频双工器

本发明涉及毫米波通信，具体涉及一种面向太赫兹通感一体化的无磁同时同频双工器。

背景技术：

1、作为6g的关键技术之一，通感一体化网络将部署大量智能节点，但动态部署将导致复杂的无线环境，造成信号互相干扰。天线间的收发干扰是限制通感一体化性能的内在因素，也是制约通感一体化性能提升的主要因素。而带内全双工技术是解决天线收发干扰问题的潜在方法，它可以实现同频同时收发电磁波，技术核心是抑制自干扰。在光学和微波领域，同时同频双工器需要铁氧体等材料施加永久磁偏置才能获得非互易传输的效果，体积大不可集成，与商业集成电路技术不兼容，不利于太赫兹通感一体化系统的小型化设计。因此，片上无磁同时同频双工器的研究是至关重要的。

2、最近几年，国外的科研团队成功采用时空调制技术实现了无外加磁偏置的非互易效果，为设计片上太赫兹波段的无磁同时同频双工器指明了方向。一般实施方法为：在某媒质上离散地加载低频时变调制信号，并控制调制信号的频率、幅度和初始相位来实现电磁波的非互易性传播。以环形器为例，时间调制体现为三路等相位差调制信号，空间调制体现为轮换对称的谐振结构。当未加调制时，整体结构表现为顺时针环形器和逆时针环形器的叠加简并态，当给予调制时，能把其中一种状态，通过施加调制信号的相位递增方向体现出来，起到类似铁氧体的效果，打破时间反演对称性，实现环形器的功能。现有片上无磁非互易器件，主要面向5g设计，如臧家伟等人在2020年设计的片上无磁隔离器，其工作频率在2.6ghz左右。在较低的频段，射频器件的设计有更多经验作为参考，此外因为电长度较大，器件的加工测试也更为便捷，而在亚毫米波和太赫兹频段，较高的频率带来的设计和加工工艺上的困难也导致了太赫兹波段的片上无磁同时同频双工器还未有报道。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种面向太赫兹通感一体化的无磁同时同频双工器。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种面向太赫兹通感一体化的无磁同时同频双工器，包括介质基板、微带阶梯阻抗滤波器、变容二极管、太赫兹信号输入输出端口、调制信号输入端口、接地端口以及y形微带传输线联结；所述微带阶梯阻抗滤波器共有三组，分别为第一微带阶梯阻抗滤波器、第二微带阶梯阻抗滤波器、第三微带阶梯阻抗滤波器；所述变容二极管共有三组，分别为第一变容二极管、第二变容二极管、第三变容二极管；所述太赫兹信号输入输出端口共有三组，分别为第一太赫兹信号输入输出端口、第二太赫兹信号输入输出端口、第三太赫兹信号输入输出端口；所述介质基板顶部中心为微带传输线的连接点，为y形微带传输线联结；所述第一微带阶梯阻抗滤波器、第二微带阶梯阻抗滤波器、第三微带阶梯阻抗滤波器分别外接第一太赫兹信号输入输出端口、第二太赫兹信号输入输出端口、第三太赫兹信号输入输出端口；所述第一变容二极管、第二变容二极管、第三变容二极管朝向结构中心的一侧通过一个微带枝节连接接地端口，朝向结构外的一侧通过一个微带枝节连接调制信号输入端口。

4、进一步地，所述介质基板为50μm厚的石英基板。

5、进一步地，所述第一微带阶梯阻抗滤波器、第二微带阶梯阻抗滤波器、第三微带阶梯阻抗滤波器为阶梯阻抗滤波器且结构完全相同，分别由三段电长度不同、阻抗不同的微带线串联组成。

6、进一步地，第一段微带线长度为0.24mm，宽度为0.05mm，第二段微带线长度为0.5mm，宽度为0.91mm，第三段微带线长度为0.2mm，宽度为0.1mm。

7、进一步地，所述变容二极管选用管芯直径1μm的单管倒装型gaas二极管。

8、进一步地，所述调制信号输入端口共有3组，分别为第一调制信号输入端口、第二调制信号输入端口、第三调制信号输入端口。

9、进一步地，所述第一调制信号输入端口、第二调制信号输入端口、第三调制信号输入端口通过低通滤波器引入调控信号；第一接地端口、第二接地端口、第三接地端口通过低通滤波器接地。

10、进一步地，所述低通滤波器由集总元件构成，包括两个电感，两个电感分别为l1＝0.3nh，l2＝0.3nh，电容为c＝0.2pf。

11、进一步地，所述接地端口共有3组，分别为第一接地端口、第二接地端口、第三接地端口。

12、进一步地，所述y形微带传输线联结，连接着三路环形器子结构，三路子结构夹角互为120°，在结构上是全等的。

13、本发明具有以下效果：

14、(1)本发明通过分布参数电路的设计，克服了集总参数电路的无磁同时同频双工器在高频情况下不适配的问题。

15、(2)本发明的主要结构由微带电路构成，连接外部调制信号的端口和接地的端口包含集总元件滤波器，整体结构结构简单，且易于加工和集成。

16、(3)本发明无需外加磁偏置或磁性材料，结构小巧，加工方便，隔离度高且工作在毫米波太赫兹频段，便于与其他片上太赫兹器件集成。

技术特征：

1.一种面向太赫兹通感一体化的无磁同时同频双工器，其特征在于：包括介质基板、微带阶梯阻抗滤波器、变容二极管、太赫兹信号输入输出端口、调制信号输入端口、接地端口以及y形微带传输线联结；所述微带阶梯阻抗滤波器共有三组，分别为第一微带阶梯阻抗滤波器、第二微带阶梯阻抗滤波器、第三微带阶梯阻抗滤波器；所述变容二极管共有三组，分别为第一变容二极管、第二变容二极管、第三变容二极管；所述太赫兹信号输入输出端口共有三组，分别为第一太赫兹信号输入输出端口、第二太赫兹信号输入输出端口、第三太赫兹信号输入输出端口；所述介质基板顶部中心为微带传输线的连接点，为y形微带传输线联结；所述第一微带阶梯阻抗滤波器、第二微带阶梯阻抗滤波器、第三微带阶梯阻抗滤波器分别外接第一太赫兹信号输入输出端口、第二太赫兹信号输入输出端口、第三太赫兹信号输入输出端口；所述第一变容二极管、第二变容二极管、第三变容二极管朝向结构中心的一侧通过一个微带枝节连接接地端口，朝向结构外的一侧通过一个微带枝节连接调制信号输入端口。

2.根据权利要求1所述的一种面向太赫兹通感一体化的无磁同时同频双工器，其特征在于：所述介质基板为50μm厚的石英基板。

3.根据权利要求1所述的一种面向太赫兹通感一体化的无磁同时同频双工器，其特征在于：所述第一微带阶梯阻抗滤波器、第二微带阶梯阻抗滤波器、第三微带阶梯阻抗滤波器为阶梯阻抗滤波器且结构完全相同，分别由三段电长度不同、阻抗不同的微带线串联组成。

4.根据权利要求3所述的一种面向太赫兹通感一体化的无磁同时同频双工器，其特征在于：第一段微带线长度为0.24mm，宽度为0.05mm，第二段微带线长度为0.5mm，宽度为0.91mm，第三段微带线长度为0.2mm，宽度为0.1mm。

5.根据权利要求1所述的一种面向太赫兹通感一体化的无磁同时同频双工器，其特征在于：所述变容二极管选用管芯直径1μm的单管倒装型gaas二极管。

6.根据权利要求1所述的一种面向太赫兹通感一体化的无磁同时同频双工器，其特征在于：所述调制信号输入端口共有3组，分别为第一调制信号输入端口、第二调制信号输入端口、第三调制信号输入端口。

7.根据权利要求6所述的一种面向太赫兹通感一体化的无磁同时同频双工器，其特征在于：所述第一调制信号输入端口、第二调制信号输入端口、第三调制信号输入端口通过低通滤波器引入调控信号；第一接地端口、第二接地端口、第三接地端口通过低通滤波器接地。

8.根据权利要求7所述的一种面向太赫兹通感一体化的无磁同时同频双工器，其特征在于：所述低通滤波器由集总元件构成，包括两个电感，两个电感分别为l1＝0.3nh，l2＝0.3nh，电容为c＝0.2pf。

9.根据权利要求1所述的一种面向太赫兹通感一体化的无磁同时同频双工器，其特征在于：所述接地端口共有3组，分别为第一接地端口、第二接地端口、第三接地端口。

10.根据权利要求1所述的一种面向太赫兹通感一体化的无磁同时同频双工器，其特征在于：所述y形微带传输线联结，连接着三路环形器子结构，三路子结构夹角互为120°，在结构上是全等的。

技术总结
本发明公开了一种面向太赫兹通感一体化的无磁同时同频双工器，包括介质基板、微带阶梯阻抗滤波器、变容二极管、太赫兹信号输入输出端口、调制信号输入端口、接地端口以及Y形微带传输线联结。本发明通过分布参数电路的设计，克服了集总参数电路的无磁同时同频双工器在高频情况下不适配的问题。本发明的主要结构由微带电路构成，连接外部调制信号的端口和接地的端口包含集总元件滤波器，整体结构结构简单，且易于加工和集成。

技术研发人员：杨自强,盛譞,杨梓强
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12