应用于太赫兹频段的电调衰减电路及电调衰减器的制作方法

本发明属于电调衰减器技术领域，尤其涉及一种应用于太赫兹频段的电调衰减电路及电调衰减器。

背景技术：

电调衰减电路是一种通过外接控制信号对射频微波信号进行有效连续调节的控制器，其通过不断更改器件的外接电压，实现对射频信号大小的控制。

典型的电调衰减电路一般由pin二极管或场效应晶体管(fieldeffecttransistor，fet)构成。现有技术中，选用合适的衬底和fet器件结构，可以使fet器件在极高的工作频率具有较好的性能，如inp基fet器件最大工作频率fmax可达1thz以上，但太赫兹频段的电调衰减电路通常需要fet器件之间采用并联结构，而fet器件对地并联时需要通过t型结与射频传输线连接，t型结在太赫兹频段会增大电调衰减电路的插入损耗，而电调衰减电路的最大衰减值与插入损耗相互制约，在增大电调衰减电路的最大衰减值的同时，电调衰减电路的插入损耗也会随之增大，进而限制了电调衰减电路的最大衰减值的增大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种应用于太赫兹频段的电调衰减电路及电调衰减器，以解决现有技术中应用于太赫兹频段的电调衰减电路的插入损耗限制最大衰减值的增大的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种应用于太赫兹频段的电调衰减电路，所述电调衰减电路包括多指fet器件和射频传输线；

所述多指fet器件中的多指两侧的漏极与所述射频传输线连接。

可选的，所述多指fet器件的个数为n个，n为正整数；

当n为1时，所述多指fet器件中的多指两侧的漏极与所述射频传输线连接；

当n≥2时，所述n个多指fet器件之间并联连接，每个多指fet器件两侧的漏极均通过所述射频传输线与相邻多指fet器件两侧的漏极连接。

可选的，所述应用于太赫兹频段的电调衰减电路还包括接地通孔和n个隔离电阻；

每个多指fet器件的源极均与所述接地通孔连接，每个多指fet器件的栅极与对应的一个隔离电阻的一端连接，每个多指fet器件的漏极通过所述射频传输线与相邻的多指fet器件的漏极连接；

每个隔离电阻的另一端作为所述电调衰减电路的控制端，第一个多指fet器件的漏极与所述射频传输线连接后作为所述电调衰减电路的射频输入端，最后一个多指fet器件的漏极与所述射频传输线连接后作为所述电调衰减电路的射频输出端。

可选的，所述多指fet器件为两指fet器件。

本发明实施例的第二方面提供了一种电调衰减器，包括如上任一项所述的应用于太赫兹频段的电调衰减电路。

可选的，所述应用于太赫兹频段的电调衰减电路为第一电调衰减电路或第二电调衰减电路；

所述电调衰减器还包括：第一正交耦合电路、第二正交耦合电路、第一吸收负载和第二吸收负载；

所述第一正交耦合电路的输入/输出端口用于输入待衰减射频信号，所述第一正交耦合电路的耦合端口与所述第一电调衰减电路的射频输入端连接，所述第一正交耦合电路的直通端口与所述第二电调衰减电路的射频输入端连接，所述第一正交耦合电路的隔离端口与所述第一吸收负载连接，用于吸收所述第一正交耦合电路的耦合端口和直通端口反射的射频信号；

所述第一电调衰减电路的射频输出端与所述第二正交耦合电路的直通端口连接，所述第二电调衰减电路的射频输出端与所述第二正交耦合电路的耦合端口连接，所述第一电调衰减电路的控制端和所述第二电调衰减电路的控制端均用于连接控制电源；

所述第二正交耦合电路的隔离端口与所述第二吸收负载连接，用于吸收所述第二正交耦合电路的耦合端口和直通端口反射的射频信号，所述第二正交耦合电路的输入/输出端口用于输出已衰减射频信号。

可选的，所述第一电调衰减电路和所述第二电调衰减电路的结构相同。

可选的，所述第一正交耦合电路和所述第二正交耦合电路的结构相同。

可选的，所述第一正交耦合电路为宽带正交耦合电路。

可选的，所述宽带正交耦合电路为lange结构正交耦合电路。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例通过多指fet器件与射频传输线构成应用于太赫兹频段的电调衰减电路，其中，多指fet器件中的多指两侧的漏极与射频传输线连接，可以使构成的电调衰减电路中的射频信号在多指fet器件中水平传输，从而降低电调衰减电路的插入损耗，避免fet器件与射频传输线通过t型结传输射频信号时需要直角转弯，会引入寄生参数和非理想效应进而增大电调衰减电路的插入损耗的问题，使多指fet器件与射频传输线构成的应用于太赫兹频段的电调衰减电路可以通过设计获得较大的最大衰减值。

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是本发明实施例提供的应用于太赫兹频段的电调衰减电路的连接示意图；

图2是本发明实施例提供的电调衰减电路中单指fet器件的连接示意图；

图3是本发明另一实施例提供的应用于太赫兹频段的电调衰减电路的连接示意图；

图4是本发明实施例提供的电调衰减器的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的lange结构正交耦合电路的示意图。

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。

图1为本发明实施例提供的应用于太赫兹频段的电调衰减电路的连接示意图，详述如下：电调衰减电路包括多指fet器件10和射频传输线20。

其中，多指fet器件10中的多指两侧的漏极d与射频传输线20连接。

其中，应用于太赫兹频段的电调衰减电路中，fet器件之间一般采用并联形式，并联的fet器件越多，构成的电调衰减电路的最大衰减值越大。但是传统的fet器件构成的电调衰减电路中，每个fet器件需要t型结与射频传输线连接，电调衰减电路中并联的fet器件越多，t型结引入的寄生参数和非理想效应就越大，电调衰减电路的插入损耗也就越大，而在电调衰减电路的使用中，希望插入损耗越小越好，也就是说，电调衰减电路的插入损耗制约了电调衰减电路的最大衰减值的增大。

其中，参见图2，传统的fet器件之间采用并联结构时，射频传输线需要形成t型结与fet器件相连接，也就是射频信号沿t型结的横向方向传输，传输方向不变，单独引出一个端口连接fet器件的漏极(d极)，fet器件的源极(s极)通过接地通孔30接地。这种连接结构中，fet器件和信号传输方向成垂直关系，t型结引入的复杂寄生参数增大了电调衰减电路的插入损耗，限制带宽，加大了设计难度，还会引入非理想效应，fet器件的工作频率越高，非理想效应的影响越明显，因而fet器件工作于亚毫米波及太赫兹频段的电调衰减电路中时，会使电调衰减电路的插入损耗较大，限制构成的电调衰减电路的最大衰减值。

本发明实施例的应用于太赫兹频段的电调衰减电路，通过多指fet器件中的多指两侧的漏极与射频传输线连接，射频信号经过多指fet器件时，多指fet器件中的多指两侧的漏极通过“空气桥”跨接，高频下空气桥可以简单等效为一个电感，相比t型结引入的非理想效应要微弱得多，因而可以使射频传输线中传输的射频信号沿图1中箭头方向直线通过多指fet器件，而不必直角转弯，避免形成t型结，进而降低电调衰减电路的插入损耗，有利于降低利用fet器件构成电调衰减电路的设计难度，使多指fet器件构成的应用于太赫兹频段的电调衰减电路通过设计可以获得较大的最大衰减值。

可选的，参见图3，电调衰减电路中多指fet器件10的个数可以为n个，n为正整数。

其中，当n为1时，多指fet器件10中的多指两侧的漏极与射频传输线20连接。

当n≥2时，n个多指fet器件10之间并联连接，每个多指fet器件10两侧的漏极均通过射频传输线20与相邻多指fet器件10两侧的漏极连接。

其中，利用fet器件构成电调衰减电路时，当fet器件的栅源之间电压发生变化时，fet器件可等效于一个压控电阻器，源漏之间的电阻会随着fet器件的导通状态的改变而发生变化。由于fet器件本身的寄生参数，如栅源电容cgs、栅漏电容cgd以及漏源寄生电容cds等，会限制fet器件的高频性能，尤其是fet器件关断状态下的源漏寄生电容cds，极大限制了串联结构的fet器件的工作频率，因此，亚毫米波及太赫兹频段通常使用并联结构。当对电调衰减电路的衰减范围要求不高时，可以通过一个多指fet器件构成的单级fet器件构成应用于太赫兹频段的电调衰减电路。除此之外，还可以由至少两个多指fet器件构成多级并联结构，通过多级并联结构构成应用于太赫兹频段的电路，其中，具体多级并联结构中并联的多指fet器件的数量可以根据电调衰减电路最大衰减值大小的实际需求进行选择，多级并联结构中每个多指fet器件具体包括的栅指的数目以及每个栅指的栅宽可以根据需要设计，相邻两个多指fet器件之间的射频传输线的长度和宽度也可以根据需要设计，本实施例对此不作限定。

可选的，参见图3，应用于太赫兹频段的电调衰减电路还可以包括接地通孔30和n个隔离电阻rg。

其中，每个多指fet器件10的源极s均与接地通孔30连接，每个多指fet器件10的栅极g与对应的一个隔离电阻rg的一端连接，每个多指fet器件10的漏极d通过射频传输线20与相邻的多指fet器件10的漏极d连接。

每个隔离电阻rg的另一端作为电调衰减电路的控制端，第一个多指fet器件10的漏极d与射频传输线20连接后作为电调衰减电路的射频输入端p1，最后一个多指fet器件10的漏极d与射频传输线20连接后作为电调衰减电路的射频输出端p2。

其中，接地通孔30的数目可以与多指fet器件的数目一一对应，每个多指fet器件的源极与一个对应的接地通孔连接，接地通孔30的数目也可以与多指fet器件的数目不一一对应，按照电路布局，多个多指fet器件的源极与同一个接地通孔连接。

其中，每个隔离电阻rg均连接在对应的多指fet器件的栅极与电调衰减电路的控制端vc之间，电调衰减电路的控制端vc用于连接控制电源。在电调衰减电路的控制端vc与每个多指fet器件的栅极之间均连接隔离电阻rg，可以最大化地减小射频信号与控制端之间的串扰。

可选的，多指fet器件可以为两指fet器件。

本实施例中，利用两指fet器件构成应用于太赫兹频段的电调衰减电路，可以最大程度降低电调衰减电路的插入损耗，从而在构成应用于太赫兹频段的电调衰减电路时，降低设计难度，便于获得最大衰减值更大的应用于太赫兹频段的电调衰减电路。

作为本发明的一实施例，本发明还包括一种电调衰减器，包括上述任一实施例所述的应用于太赫兹频段的电调衰减电路，并与上述任一实施例所述的应用于太赫兹频段的电调衰减电路具有相同的有益效果。

可选的，参见图4，上述任一实施例所述的应用于太赫兹频段的电调衰减电路可以为第一电调衰减电路或第二电调衰减电路；电调衰减器还可以包括：第一正交耦合电路、第二正交耦合电路、第一吸收负载和第二吸收负载。

其中，第一正交耦合电路的输入/输出端口1用于输入待衰减射频信号rf1，第一正交耦合电路的耦合端口2与第一电调衰减电路的射频输入端p1连接，第一正交耦合电路的直通端口3与第二电调衰减电路的射频输入端p1连接，第一正交耦合电路的隔离端口4与第一吸收负载连接，用于吸收第一正交耦合电路的耦合端口2和直通端口3反射的射频信号。

第一电调衰减电路的射频输出端p2与第二正交耦合电路的直通端口3连接，第二电调衰减电路的射频输出端p2与第二正交耦合电路的耦合端口2连接，第一电调衰减电路的控制端vc和第二电调衰减电路的控制端vc均用于连接控制电源。

第二正交耦合电路的隔离端口4与第二吸收负载连接，用于吸收第二正交耦合电路的耦合端口2和直通端口3反射的射频信号，第二正交耦合电路的输入/输出端口1用于输出已衰减射频信号rf2。

其中，第一电调衰减电路的控制端vc和第二电调衰减电路的控制端vc可以均连接于同一个控制电源，也可以分别连接控制电源，分别连接控制电源时，控制电源的大小相同。

对于电调衰减器而言，不同控制电压下端口的回波损耗是其重要参数，也是其不同于单刀单掷开关的关键。一般地，在低频下，不同控制电压下fet器件的导通状态变化引起的阻抗改变对整体电调衰减器的射频端口驻波的影响不大，但在高频下，尤其是100ghz以上的亚毫米波太赫兹频段，这种改变会导致整体电调衰减器的阻抗显著改变，甚至会出现在某个控制电压下电调衰减器的射频端口全反射的情况，因此，对于应用于太赫兹频段的电调衰减器，控制不同控制电压下的端口阻抗至关重要。

本实施例中，待衰减射频信号rf1通过第一正交耦合电路的输入/输出端口1输入，经过第一正交耦合电路分成两路相互正交，相位相差90°的等幅正交信号后，由第一正交耦合电路的耦合端口2和直通端口3分别输入至第一电调衰减电路和第二电调衰减电路，经过第一电调衰减电路的射频输出端和第二电调衰减电路的射频输出端输入至第二正交耦合电路的耦合端口2和直通端口3，并通过第二正交耦合电路再正交合成一路后由第二正交耦合电路的输入/输出端口输出已衰减射频信号rf2。

通过本实施例的电调衰减器对射频信号大小进行控制时，也就是在控制第一电调衰减电路和第二电调衰减电路的控制端的电压变化过程中，第一电调衰减电路和第二电调衰减电路的阻抗变化导致反射回的射频信号可以通过第一正交耦合电路的隔离端口连接第一吸收负载和第二正交耦合电路的隔离端口连接的第二吸收负载被吸收掉，而不会反射到第一正交耦合电路和第二正交耦合电路的输入/输出端，从而保证了整体电调衰减器的射频端口的驻波良好。

尽管相比传统的电调衰减器而言，本实施例的电调衰减器增加了两个正交耦合电路的额外损耗，但这种结构下，每个电调衰减电路在设计时可以不用考虑损耗与端口驻波之间的折中，从而专注于更低损耗的设计优化，往往可以获得更低的损耗，因此，整体而言，本实施例的电调衰减器电路的损耗并不会有显著增加，还有利于降低电调衰减器的电路结构的设计难度。

而且本实施例的第一电调衰减电路和第二电调衰减电路均为上述任一实施例所述的应用于太赫兹频段的电调衰减电路，因而本实施例的电调衰减器可以在保证射频端口的驻波良好的前提下，获得较大的最大衰减值。

可选的，第一电调衰减电路和第二电调衰减电路的结构相同。

本实施例中，第一电调衰减电路和第二电调衰减电路的结构相同，可以使经过第一正交耦合电路输出的两路等幅正交信号经过相同的衰减。

示例性的，在保证第一电调衰减电路和第二电调衰减电路的结构相同的前提下，可以通过将第一电调衰减电路的位置旋转180°得到第二电调衰减电路对应的位置，在第一电调衰减电路和第二电调衰减电路的结构相同的前提下，通过将第一电调衰减电路的位置旋转180°得到第二电调衰减电路对应的位置，可以使获得的电调衰减器完全对称，更有利于改善电调衰减器射频端口的驻波。

可选的，第一正交耦合电路和第二正交耦合电路的结构相同。

其中，正交耦合电路通常可以为支线正交耦合电路、lange结构正交耦合电路或环形正交耦合电路等，本实施例中电调衰减器左右两侧的第一正交耦合电路和第二正交耦合电路可以同时为支线正交耦合电路、同时为lange结构正交耦合电路或同时为环形正交耦合电路等。

由于电调衰减器的带宽主要受正交耦合电路的限制，可选的，第一正交耦合电路可以为宽带正交耦合电路，以在较宽的频带内确保电调衰减器的电路性能。

可选的，宽带正交耦合电路可以为如图5所示的lange结构正交耦合电路，lange结构正交耦合电路可以在更宽的带宽内获得较好的幅度一致性和相位正交性。

本发明实施例不是提供具体的电调衰减器的电路，而是提供一种可应用于太赫兹频段的电调衰减器的电路拓扑结构，采用该电路拓扑结构，可以实现电调衰减器功能，且同传统结构相比，本发明实施例具有高频率、宽带、不同控制电压下射频端口驻波好等特点。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

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。