太赫兹二倍频平衡式倍频电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种太赫兹二倍频平衡式倍频电路，涉及用非正频率从一个独立信号源倍频或分频产生振荡的装置技术领域。所述倍频电路包括射频输入波导、石英基板和输出波导，在石英基板上倒装焊接两个分立的多管结GaAs基倍频二极管组件作为非线性倍频器件，两个GaAs基倍频二极管组件采用直流反向串联的形式，可以根据倍频电路的频率高低选择单管2管芯或者单管4管芯，通过在石英电路上对传输的电场进行模式转换，构成了一个二倍频平衡式电路。所述倍频电路中的肖特基二极管组件与输入波导分离，管结数量不再受制于输入波导的宽度，与传统平衡式倍频电路相比，承受输入功率的能力有所增加。
【专利说明】
太赫兹二倍频平衡式倍频电路
技术领域
[0001]本发明涉及用非正频率从一个独立信号源倍频或分频产生振荡的装置技术领域，尤其涉及一种太赫兹二倍频平衡式倍频电路。
【背景技术】
[0002]太赫兹(THz)波从广义上来讲，是指频率在0.1-1OTHz范围内的电磁波，其中lTHz=1000GHz，也有人认为太赫兹频率是指0.3THz-3THz范围内的电磁波。THz波在电磁波频谱中占有很特殊的位置，THz技术是国际科技界公认的一个非常重要的交叉前沿领域。
[0003]基于固态电子技术对太赫兹频率源进行拓展是一种有效的方式。目前用于太赫兹倍频的电路形式主要有平衡式和非平衡式两种。在电路技术的发展过程中，二次倍频技术由于其倍频效率高，得到了广泛的发展。用于二次倍频的电路中，基于平衡式的电路，效率可以高达40%到50%。典型的平衡式倍频电路中，太赫兹肖特基二极管通过石英电路横跨在输入射频波导中，由于输入射频波导宽度有限，也就限制了肖特基二极管的阳极结个数不能太多，一般为2个管结或者4个管结，导致不能承受太大的输入功率。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种太赫兹二倍频平衡式倍频电路，所述倍频电路中的肖特基二极管组件与输入波导分离，管结数量不再受制于输入波导的宽度，与传统平衡式倍频电路相比，承受输入功率的能力有所增加。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:一种太赫兹二倍频平衡式倍频电路，其特征在于:包括射频输入波导、石英基板和输出波导，所述石英基板的一端内嵌在所述射频输入波导上，所述石英基板的另一端内嵌在所述输出波导上，所述石英基板上设有电路，所述电路包括输入过渡微带线，输入过渡微带线位于射频输入波导上方的石英基板上，所述输入过渡微带线的一端为射频信号输入端，另一端向射频输入波导与输出波导之间的石英基板延伸，该端与第一微带线的一端连接，第一微带线的另一端经低通滤波器与射频匹配微带线的一端连接，射频匹配微带线的另一端经第二微带线与输出过渡微带线的一端连接，输出过渡微带线的另一端为倍频信号输出端，所述输出过渡微带线位于输出波导上方的石英基板上，第一反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件的一端与射频匹配微带线的一端连接，第一反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件的另一端与第一接地端连接，第二反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件的一端与射频匹配微带线的一端连接，第二反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件的另一端与第二接地端连接，且所述太赫兹倍频二极管分别位于所述射频匹配微带线的前后两侧；
射频输入信号在射频输入波导中经转换进入石英基板上的电路，射频输入信号经过低通滤波器后，由于接地微带线的出现，电场E由射频匹配微带线指向接地端，此时在每个射频信号正半周期内，所述肖特基二极管组件有一半管结工作，另一半管结不工作，而在射频信号反向周期内，也有一半管结工作，另一半管结不工作，在电路中电场E形式为准TEM波。
[0006]进一步的技术方案在于:每个所述反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件包括四个GaAs 二极管，其中每两个GaAs 二极管为一组，每组中的GaAs 二极管相互串联，两组GaAs 二极管的正极相互连接在一起，其中一组GaAs二极管的负极与射频匹配微带线连接，另一组GaAs 二极管的负极与接地端连接。
[0007]进一步的技术方案在于:每个所述反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件包括两个GaAs 二极管，两个GaAs 二极管的正极相互连接，其中的一个GaAs 二极管的负极与射频匹配微带线连接，另一个GaAs 二极管的负极与接地端连接。
[0008]进一步的技术方案在于:所述低通滤波器为5阶或7阶高低阻抗微带线。
[0009]进一步的技术方案在于:所述射频输入波导和输出波导上设有波导槽，所述石英基板内嵌在所述波导槽内。
[0010]进一步的技术方案在于:所述石英基板的厚度为30微米到75微米。
[0011]进一步的技术方案在于:所述接地端通过导电胶与腔体实现接地。
[0012]进一步的技术方案在于:所述微带线的制作材料为Au，厚度为2微米至4微米。
[0013]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明采用石英作为电路基板，在石英基板上倒装焊接两个分立的多管结GaAs基倍频二极管组件作为非线性倍频器件，两个GaAs基倍频二极管组件采用直流反向串联的形式，可以根据倍频电路的频率高低选择单管2管芯或者单管4管芯，通过在石英电路上对传输的电场进行模式转换，构成了一个二倍频平衡式电路。所述倍频电路中的肖特基二极管组件与输入波导分离，管结数量不再受制于输入波导的宽度，与传统平衡式倍频电路相比，承受输入功率的能力有所增加。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的原理图；
其中:101、射频输入波导102、石英基板103、输入过渡微带线104、第一微带线105、低通滤波器106、射频匹配微带线107、第一接地端108、第二接地端109、第一反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件110、第二反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件111、第二微带线112、输出过渡微带线113、输出波导。
【具体实施方式】
[0015]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。
[0016]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。
[0017]如图1所示，本发明公开了一种太赫兹二倍频平衡式倍频电路，包括射频输入波导11、石英基板1 2和输出波导113，所述石英基板1 2的一端内嵌在所述射频输入波导1I上，所述石英基板102的另一端内嵌在所述输出波导113上。进一步的，所述射频输入波导101和输出波导113上设有波导槽，所述石英基板102内嵌在所述波导槽内，所述石英基板102的厚度一般为30微米到75微米。
[0018]所述石英基板102上设有电路，所述电路包括输入过渡微带线103，输入过渡微带线103位于射频输入波导101上方的石英基板102上;所述输入过渡微带线103的一端为射频信号输入端，另一端向射频输入波导101与输出波导113之间的石英基板102延伸，该端与第一微带线104的一端连接，第一微带线104的另一端经低通滤波器105与射频匹配微带线106的一端连接，所述低通滤波器105为5阶或7阶高低阻抗微带线，射频匹配微带线106的另一端经第二微带线111与输出过渡微带线112的一端连接，输出过渡微带线112的另一端为倍频信号输出端。低通滤波器的作用是将输入的射频信号最大的传输至二极管处，同时阻止射频信号的2次谐波向输入端反馈，射频匹配微带线的作用是将输入射频信号阻抗跟二极管的阻抗进行阻抗匹配，以使得射频信号最大程度的馈入GaAs肖特基二极管组件中。
[0019]所述输出过渡微带线112位于输出波导113上方的石英基板102上，第一反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件109的一端与射频匹配微带线106的一端连接，第一反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件109的另一端与第一接地端107连接，第二反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件110的一端与射频匹配微带线106的一端连接，第二反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件110的另一端与第二接地端108连接，且所述太赫兹倍频二极管分别位于所述射频匹配微带线106的前后两侧，所述接地端通过导电胶与腔体实现接地。
[0020]射频输入信号在射频输入波导101中经转换进入石英基板上的电路，射频输入信号经过低通滤波器后，由于接地微带线的出现，电场E由射频匹配微带线106指向接地端，此时在每个射频信号正半周期内，所述肖特基二极管组件有一半管结工作，另一半管结不工作，而在射频信号反向周期内，也有一半管结工作，另一半管结不工作，在电路中电场E形式为准TEM波。
[0021 ]所述反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件的形式有两种:
第一种:每个所述反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件包括四个GaAs 二极管，其中每两个GaAs 二极管为一组，每组中的GaAs 二极管相互串联，两组GaAs 二极管的正极相互连接在一起，其中一组GaAs二极管的负极与射频匹配微带线连接，另一组GaAs二极管的负极与接地端连接。
[0022]第二种:每个所述反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件包括两个GaAs二极管，两个GaAs 二极管的正极相互连接，其中的一个GaAs 二极管的负极与射频匹配微带线连接，另一个GaAs二极管的负极与接地端连接。优选的，石英基板上的微带线，均由金属Au制成，金属的厚度为2到4个微米。
[0023]所述倍频电路中的肖特基二极管组件与输入波导分离，管结数量不再受制于输入波导的宽度，与传统平衡式倍频电路相比，承受输入功率的能力有所增加。
【主权项】
1.一种太赫兹二倍频平衡式倍频电路，其特征在于:包括射频输入波导(101)、石英基板(102)和输出波导(113)，所述石英基板(102)的一端内嵌在所述射频输入波导(101)上，所述石英基板(102)的另一端内嵌在所述输出波导(113)上，所述石英基板(102)上设有电路，所述电路包括输入过渡微带线(103)，输入过渡微带线(103)位于射频输入波导(101)上方的石英基板(102)上，所述输入过渡微带线(103)的一端为射频信号输入端，另一端向射频输入波导(101)与输出波导(I 13)之间的石英基板(102)延伸，该端与第一微带线(104)的一端连接，第一微带线(104)的另一端经低通滤波器(105)与射频匹配微带线(106)的一端连接，射频匹配微带线(106)的另一端经第二微带线(111)与输出过渡微带线(112)的一端连接，输出过渡微带线(112)的另一端为倍频信号输出端，所述输出过渡微带线(112)位于输出波导(113)上方的石英基板(102)上，第一反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件(109)的一端与射频匹配微带线(106)的一端连接，第一反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件(109)的另一端与第一接地端(107)连接，第二反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件(110)的一端与射频匹配微带线(106)的一端连接，第二反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件(110)的另一端与第二接地端(108)连接，且所述太赫兹倍频二极管分别位于所述射频匹配微带线(106)的前后两侧； 射频输入信号在射频输入波导(101)中经转换进入石英基板上的电路，射频输入信号经过低通滤波器后，由于接地微带线的出现，电场E由射频匹配微带线(106)指向接地端，此时在每个射频信号正半周期内，所述肖特基二极管组件有一半管结工作，另一半管结不工作，而在射频信号反向周期内，也有一半管结工作，另一半管结不工作，在电路中电场E形式为准TEM波。2.如权利要求1所述的太赫兹二倍频平衡式倍频电路，其特征在于:每个所述反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件包括四个GaAs 二极管，其中每两个GaAs 二极管为一组，每组中的GaAs 二极管相互串联，两组GaAs 二极管的正极相互连接在一起，其中一组GaAs 二极管的负极与射频匹配微带线连接，另一组GaAs 二极管的负极与接地端连接。3.如权利要求1所述的太赫兹二倍频平衡式倍频电路，其特征在于:每个所述反向串联GaAs太赫兹倍频二极管组件包括两个GaAs 二极管，两个GaAs 二极管的正极相互连接，其中的一个GaAs二极管的负极与射频匹配微带线连接，另一个GaAs二极管的负极与接地端连接。4.如权利要求1所述的太赫兹二倍频平衡式倍频电路，其特征在于:所述低通滤波器(105)为5阶或7阶高低阻抗微带线。5.如权利要求1所述的太赫兹二倍频平衡式倍频电路，其特征在于:所述射频输入波导(101)和输出波导(113)上设有波导槽，所述石英基板(102)内嵌在所述波导槽内。6.如权利要求1所述的太赫兹二倍频平衡式倍频电路，其特征在于:所述石英基板(102)的厚度为30微米到75微米。7.如权利要求1所述的太赫兹二倍频平衡式倍频电路，其特征在于:所述接地端通过导电胶与腔体实现接地。8.如权利要求1所述的太赫兹二倍频平衡式倍频电路，其特征在于:所述微带线的制作材料为Au，厚度为2微米至4微米。
【文档编号】H03B19/14GK105958944SQ201610347864
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】王俊龙, 冯志红, 杨大宝, 梁士雄, 张立森, 赵向阳, 邢东
【申请人】中国电子科技集团公司第十三研究所