一種改進(jìn)型基于共面波導(dǎo)傳輸線的分諧波混頻器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太赫茲技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種改進(jìn)型基于共面波導(dǎo)傳輸線的分諧波混頻器。
【背景技術(shù)】
[0002]在近乎所有的太赫茲技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中，太赫茲接收前端是系統(tǒng)中最核心技術(shù)，它完成了太赫茲信號的頻率變換。太赫茲分諧波混頻器是太赫茲接收前端的關(guān)鍵部件。目前，在僅有的幾類可工作于太赫茲頻段的混頻器中，只有基于平面肖特基二極管的太赫茲分諧波混頻器可工作于室溫，因此分諧波混頻器作為頻率變換器件在太赫茲應(yīng)用領(lǐng)域中具有很重要的地位。在現(xiàn)有技術(shù)中，分諧波混頻器在射頻過渡端通過微帶線和上腔體充分接觸實現(xiàn)射頻和直流的接地，這樣不僅增加了裝配難度降低電路精度，并且中頻及本振信號只能實現(xiàn)虛擬接地。因此一種改進(jìn)型基于共面波導(dǎo)傳輸線的分諧波混頻器可有效解決上述問題。
[0003]太赫茲(THz)科學(xué)技術(shù)是近二十年來迅速發(fā)展的一個新興交叉學(xué)科和研宄熱點，涉及電磁學(xué)、光電子學(xué)、光學(xué)、半導(dǎo)體物理學(xué)、材料科學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等多門科學(xué)。太赫茲頻段覆蓋電磁頻譜的0.1THz-1OTHz頻率范圍，是一個蘊(yùn)含著豐富物理內(nèi)涵的寬頻段電磁輻射區(qū)域。它是電磁頻譜家族中的重要成員，介于紅外光波和微波之間，長波段與毫米波亞毫米波相重合，短波段與紅外線相重合，其基礎(chǔ)理論、研宄方法和技術(shù)也與微波、光波兩個學(xué)科領(lǐng)域相互銜接和兼容，是上世紀(jì)末和本世紀(jì)初迅速發(fā)展起來而形成的一門綜合性學(xué)科分支。
[0004]THz波可廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，主要包括:雷達(dá)探測、遙感及大氣與環(huán)境監(jiān)測、安全監(jiān)控與反恐、高速實時高保密度數(shù)據(jù)通信與傳輸、生物技術(shù)以及醫(yī)學(xué)診斷等。太赫茲科學(xué)技術(shù)已成為對現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、國民經(jīng)濟(jì)、國防軍事有重要影響的非?；钴S的前沿學(xué)科，給技術(shù)創(chuàng)新、國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家安全提供了一個非常誘人的機(jī)遇。目前，美國、歐洲、亞洲、澳大利亞等國家和地區(qū)政府、社會組織、企業(yè)、大學(xué)和研宄機(jī)構(gòu)投入了相當(dāng)可觀的人力、物力和財力到太赫茲科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)理論研宄和工程應(yīng)用技術(shù)開發(fā)之中。
[0005]近年來，太赫茲技術(shù)作為重要的研宄領(lǐng)域，在國內(nèi)外已經(jīng)受到越來越廣泛的關(guān)注。無論太赫茲波應(yīng)用于哪個方面以及哪個頻段，都離不開對太赫茲波的接收，對于最為常用的基于超外差體制的接收機(jī)來說，實現(xiàn)頻率下變頻作用的混頻器是其中的一個關(guān)鍵部件。在固態(tài)太赫茲雷達(dá)和通信等系統(tǒng)中，由于缺少低噪聲放大器，混頻器就成為了接收端的第一級，它的指標(biāo)直接影響著整體系統(tǒng)的性能。由于同頻段高性能本振源實現(xiàn)難度大，采用分諧波混頻技術(shù)是解決此問題的有效途徑。在僅有的幾類可工作于太赫茲頻段的混頻器中，只有基于平面肖特基二極管的太赫茲分諧波混頻器可工作于室溫，無需提供如液氦等以實現(xiàn)苛刻的低溫環(huán)境。
[0006]目前基于平面封裝的GaAs肖特基二極管的太赫茲分諧波混頻器主要采用懸置微帶的主流電路結(jié)構(gòu)，無源電路由射頻端口過渡、本振低通濾波器、本振中頻雙工器(包括本振端口過渡和中頻低通濾波器)兩部分組成。在射頻過渡端通過微帶線和上腔體充分接觸實現(xiàn)射頻和直流的接地。射頻和本振信號分別從各自端口饋入，經(jīng)過渡到懸置微帶并經(jīng)相應(yīng)匹配網(wǎng)絡(luò)后加載到混頻二極管上，由于本振信號頻率低于射頻端口波導(dǎo)截止頻率，所以本振信號不會從射頻端口處泄漏，而射頻信號由于本振低通濾波器(通本振頻率、阻射頻頻率)的存在而不會從本振端口泄漏，從而實現(xiàn)這兩個端口間的隔離；混頻產(chǎn)生的中頻信號從本振端通過一個微帶低通濾波器輸出。
[0007]現(xiàn)有的技術(shù)中，分諧波混頻器在射頻過渡端通過微帶線和上腔體充分接觸實現(xiàn)射頻和直流的接地，這樣不僅增加了裝配難度降低電路精度，并且中頻及本振信號只能實現(xiàn)虛擬接地。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)型基于共面波導(dǎo)傳輸線的分諧波混頻器，本發(fā)明采用共面波導(dǎo)傳輸線，將二極管直接搭在腔體壁的一邊，從而實現(xiàn)信號接地，電路結(jié)構(gòu)簡單易于裝配。
[0009]本發(fā)明的實現(xiàn)方案如下:一種改進(jìn)型基于共面波導(dǎo)傳輸線的分諧波混頻器，包括一個主空氣腔、主空氣腔的內(nèi)底面設(shè)置有介質(zhì)基板，介質(zhì)基板上設(shè)置有耦合探針、共面波導(dǎo)傳輸線、本振匹配線、微帶線結(jié)構(gòu)，共面波導(dǎo)傳輸線包括從左到右依次連接的匹配線、第一橫向傳輸線、本振低通濾波匹配線，耦合探針的右端與匹配線的左端連接，本振低通濾波匹配線的右端與本振匹配線的左端連接，微帶線結(jié)構(gòu)包括從左到右依次連接的第二橫向傳輸線、第三橫向傳輸線、第四橫向傳輸線、中頻低通濾波匹配線，第二橫向傳輸線的左端與本振匹配線的右端連接；還包括2個第一縱向傳輸線，一個第一縱向傳輸線連接在第一橫向傳輸線與匹配線之間，另一個第一縱向傳輸線連接在第一橫向傳輸線與本振低通濾波匹配線之間，第一橫向傳輸線的兩側(cè)還各自設(shè)置有第一支路橫向傳輸線，2個第一支路橫向傳輸線以第一橫向傳輸線的左右向軸線對稱設(shè)置，2個第一支路橫向傳輸線都通過第一支路縱向傳輸線與第一橫向傳輸線連接，2個第一支路橫向傳輸線的左右向的兩端都彎曲指向第一橫向傳輸線，第一橫向傳輸線的長度方向與第一縱向傳輸線的長度方向垂直；還包括2個“工”字型傳輸線，“工”字型傳輸線包括2個互相平行的橫向支路傳輸線和連接在2個橫向支路傳輸線之間的縱向支路傳輸線構(gòu)成，其中一個“工”字型傳輸線的縱向支路傳輸線連接在第二橫向傳輸線與第三橫向傳輸線之間，另一個“工”字型傳輸線的縱向支路傳輸線連接在第三橫向傳輸線與第四橫向傳輸線之間；共面波導(dǎo)傳輸線還包括2個分別位于匹配線兩側(cè)的接地線，2個接地線都與主空氣腔的內(nèi)壁連接；還包括平面肖特基反向并聯(lián)混頻二極管，平面肖特基反向并聯(lián)混頻二極管為2個并聯(lián)的混頻二極管的組合結(jié)構(gòu)，2個混頻二極管的正面為歐姆接觸層，其中一個混頻二極管的歐姆接觸層與匹配線遠(yuǎn)離介質(zhì)基板的正面連接，另外一個混頻二極管的歐姆接觸層與接地線遠(yuǎn)離介質(zhì)基板的正面連接；還包括與主空氣腔交叉連接的射頻輸入過渡波導(dǎo)和與主空氣腔交叉連接的本振端口過渡波導(dǎo)，射頻輸入過渡波導(dǎo)與主空氣腔的重合區(qū)域為區(qū)域M，耦合探針延穿過射頻輸入過渡波導(dǎo)延伸到區(qū)域M內(nèi)，本振端口過渡波導(dǎo)與主空氣腔的重合區(qū)域為區(qū)域N，本振端口匹配線位于區(qū)域N內(nèi)；第一橫向傳輸線和第一縱向傳輸線、第一支路縱向傳輸線、第一支路橫向傳輸線構(gòu)成本振低通濾波器，第三橫向傳輸線和“工”字型傳輸線、第四橫向傳輸線、第二橫向傳輸線構(gòu)成中頻低通濾波器。
[0010]上述結(jié)構(gòu)的工作原理為:本振端口過渡波導(dǎo)和中頻低通濾波器構(gòu)成一個本振中頻雙工器，本振端口過渡波導(dǎo)為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)WR-4，本振端口過渡波導(dǎo)作為本振輸入端輸入本振信號，射頻輸入過渡波導(dǎo)為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)WR-2.2，射頻輸入過渡波導(dǎo)作為射頻輸入端輸入射頻信號，本振信號和射頻信號通過平面肖特基反向并聯(lián)混頻二極管時，將產(chǎn)生豐富的諧波信號，中頻信號經(jīng)由本振低通濾波器和中頻低通濾波器篩選后輸出；射頻信號和本振信號分別從各自端口饋入，經(jīng)過渡到共面波導(dǎo)傳輸線并經(jīng)相應(yīng)匹配網(wǎng)絡(luò)后加載到平面肖特基反向并聯(lián)混頻二極管上，由于本振信號頻率低于射頻端口波導(dǎo)截止頻率，所以本振信號不會從射頻端口處泄漏，而射頻信號由于本振低通濾波器(通本振頻率、阻射頻頻率)的存在而不會從本振端口泄漏，從而實現(xiàn)這兩個端口間的隔離；射頻信號和本振信號在平面肖特基反向并聯(lián)混頻二極管處循環(huán)利用使所需中頻信號能量足夠大，混頻產(chǎn)生的中頻信號從本振端通過一個中頻低通濾波器輸出，匹配電路用來匹配混頻二極管的阻抗使信號更好的傳輸。其中平面肖特基反向并聯(lián)混頻二極管通過倒扣形式用導(dǎo)電膠經(jīng)過高溫