采用雪崩二極管的毫米波及太赫茲高次倍頻器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及毫米波技術領域，尤其涉及一種毫米波及太赫茲高次倍頻器。
【背景技術】
[0002] 通?；谛ぬ鼗O管的倍頻器倍頻次數(shù)不超過5次。在毫米波及太赫茲頻段， 若要獲取毫米波及太赫茲頻段的信號，則需通過多級的倍頻放大鏈路實現(xiàn)，需要倍頻放大 鏈路級間的電路匹配濾波放大，電路結構復雜，穩(wěn)定性差，實現(xiàn)難度大。
[0003]P.A.Rolland在IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques, 24( 11)，pp. 768-775, 1976 名為"Newmodesofoperationforavalanchediodesfrequency multiplicationandup-conversion"的文獻中提出了一種利用雪崩二極管產(chǎn)生的諧波實 現(xiàn)倍頻和上變頻的理論，并在設計實例中給出了一個基于波導腔體結構的Ka波段雪崩二 級管11次倍頻器的結果，但沒有給出利用雪崩二極管實現(xiàn)高次倍頻的普遍性設計方法，尤 其是采用平面微帶結構的雪崩二極管高次倍頻器的設計方法。
[0004]本發(fā)明的發(fā)明人在ProgressInElectromagneticsResearchLetters,No. 36:, pp. 77-86,2013 名為"Compactlowpassfilterwithwidestopbandusingnovel double-foldedSCMRCstructurewithparallelopen-endedstub"文獻中提出過一種帶雙 扇形支節(jié)的螺旋形微帶緊湊諧振單元（SCMRC)的結構，該結構具有良好的低通濾波效果， 通帶內傳輸損耗小，具有很寬的阻帶頻率范圍，并且寄生通帶遠離工作頻率。帶雙扇形支節(jié) 的螺旋形微帶緊湊諧振單元（SCMRC)電路尺寸小，并且可作為準集成組件靈活地運用在功 能電路中，實現(xiàn)對需要傳輸信號的通過以及對需要抑制信號的有效抑制，但在該文獻中沒 有提出過如何將它應用在毫米波及太赫茲頻段的雪崩二極管高次倍頻器中。
[0005] 由于采用現(xiàn)有多級倍頻放大鏈路的技術獲取毫米波及太赫茲信號的方式，制造成 本和使用成本都較高，電路結構復雜，穩(wěn)定性差。所以在目前毫米波及太赫茲通信日益發(fā)展 的背景下，現(xiàn)有技術的倍頻放大鏈路已難以滿足用戶降低成本并提高工作穩(wěn)定性的要求。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明旨在提供一種采用雪崩二極管的毫米波及太赫茲高次倍頻器，用以取代現(xiàn) 有的倍頻放大鏈路，進一步有效降低倍頻輸入信號的工作頻率，降低系統(tǒng)設備成本并提高 穩(wěn)定性。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明是采用以下技術方案實現(xiàn)的：
[0008] 本發(fā)明公開的采用雪崩二極管的毫米波及太赫茲高次倍頻器，微帶傳輸線A連接 隔直電容C的一端，所述隔直電容C的另一端通過微帶傳輸線B連接帶雙扇形支節(jié)的螺旋 形微帶緊湊諧振單元的一端，所述帶雙扇形支節(jié)的螺旋形微帶緊湊諧振單元的另一端通過 微帶傳輸線C、焊接金帶B連接并聯(lián)接地的雪崩二極管的一端，所述雪崩二極管的另一端通 過焊接金帶B、阻抗線性漸變微帶傳輸線、微帶探針連接傳輸波導，微帶傳輸線B還連接直 流偏置電路。
[0009] 調整帶雙扇形支節(jié)的螺旋形微帶緊湊諧振單元（SCMRC)的電路尺寸，既能夠有效 促使倍頻輸入信號低損耗通過，又能靈活調整在雪崩管產(chǎn)生的諧波頻率上所呈現(xiàn)出的電抗 性負載，反射和抑制泄露到倍頻輸入電路中的諧波能量，實現(xiàn)諧波頻率能量的回收再利用， 從而提高倍頻輸出功率和效率。
[0010] 優(yōu)選的，所述直流偏置電路包括高阻線和單扇形支節(jié)，所述微帶傳輸線B連接高 阻線。
[0011] 優(yōu)選的，所述微帶傳輸線A、B、C的特征阻抗均為50歐姆。
[0012] 優(yōu)選的，所述隔直電容C為微帶貼片電容。
[0013] 本發(fā)明適用于毫米波及太赫茲波段，可取代現(xiàn)有技術的倍頻放大鏈路，進一步有 效降低倍頻輸入信號的工作頻率，降低系統(tǒng)設備成本并提高穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明結構示意圖；
[0015] 圖2為帶雙扇形支節(jié)的螺旋形微帶緊湊諧振單元的結構圖；
[0016] 圖3為帶雙扇形支節(jié)的螺旋形微帶緊湊諧振單元的典型傳輸特性圖；
[0017] 圖4為發(fā)明在110GHz附近的輸出頻譜圖；
[0018] 圖中：1_微帶傳輸線A、2_微帶傳輸線B、3_帶雙扇形支節(jié)的螺旋形微帶緊湊諧振 單元、4-微帶傳輸線C、5_阻抗線性漸變微帶傳輸線、6-傳輸波導、7-雪崩二極管、8-焊接 金帶A、9-高阻線、10-直流偏置電路、11-微帶探針、12-單扇形支節(jié)、13-焊接金帶B。
【具體實施方式】
[0019] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發(fā)明進 行進一步詳細說明。
[0020] 如圖1所示，本發(fā)明公開的采用雪崩二極管的毫米波及太赫茲高次倍頻器，微帶 傳輸線A1連接隔直電容C的一端，隔直電容C為微帶電容，隔直電容C的另一端通過微帶傳 輸線B2連接帶雙扇形支節(jié)的螺旋形微帶緊湊諧振單元3的一端，帶雙扇形支節(jié)的螺旋形微 帶緊湊諧振單元3的另一端通過微帶傳輸線C4、焊接金帶B13連接并聯(lián)接地的雪崩二極管 7的一端，雪崩二極管7的另一端通過焊接金帶A8、阻抗線性漸變微帶傳輸線5、微帶探針 11連接傳輸波導6,倍頻信號從傳輸波導6的法蘭面輸出；微帶傳輸線B2還連接包含有高 阻線9和單扇形支節(jié)12的直流偏置電路10,微帶傳輸線B2連接高阻線9,微帶傳輸線A1、 B2、C4的特征阻抗均為50歐姆。
[0021] 在本實施例中，倍頻輸入電路和直流偏置電路制作在基板厚度為0. 508_的羅杰 斯4350B基板上，倍頻輸出電路制作在厚度為0. 127mm的羅杰斯5880基板上。倍頻輸入信 號fin從左端的倍頻輸入端輸入50歐姆微帶傳輸線A1，經(jīng)過一個90度微帶線彎角后，通過 隔直電容C，經(jīng)過50歐姆微帶傳輸線B2傳輸至帶雙扇形支節(jié)的螺旋形微帶緊湊諧振單元 (SCMRC) 3低通濾波電路中，通過SCMRC結構之后，經(jīng)過一段50歐姆微帶傳輸線C4,最后通 過焊接金帶B13饋入至并聯(lián)接地的雪崩二極管7中。
[0022] -段由高阻線9和單扇形支節(jié)12構成的具有低通濾波特性的直流偏置電路10與 位于倍頻輸入電路中隔直電容C與帶雙扇形支節(jié)的螺旋形微帶緊湊諧振單元（SCMRC) 3之 間的50歐姆微帶傳輸線B2相連接，實現(xiàn)傳輸偏置直流，并有效抑制倍頻輸入信號，防止倍 頻輸入信號泄漏至直流偏置電路中，最大程度確保倍頻輸入信號有效饋入至雪崩二極管7 中。
[0023] 若倍頻器倍頻次數(shù)為N，則輸入信號頻率為輸出信號頻率的1/N。比如倍頻次數(shù)為 17,則輸入信號頻率則是輸出信號頻率的1/17。
[0024] 倍頻輸出電路由一段阻抗線性漸變微帶線和微帶探針到波導過渡兩部分構成。阻 抗線性漸變線5通過金帶焊接B13與并聯(lián)接地的雪崩二極管7相連接，實現(xiàn)在倍頻輸出頻 率上雪崩二極管7的阻抗與50歐姆微帶線之間的阻抗變換匹配；微帶探針過渡則實現(xiàn)將倍 頻輸出信號從微帶傳輸線低損耗轉換過渡至傳輸波導，最終實現(xiàn)倍頻信號的輸出。
[0025] 由于倍頻輸入電路中帶雙扇形支節(jié)的螺旋形微帶緊湊諧振單元（SCMRC) 3能夠低 損耗傳輸倍頻輸入信號，同時抑制雪崩二極管7產(chǎn)生的各次諧波泄露至倍頻輸入電路中， 實現(xiàn)諧波能量的反射回收利用，因此本發(fā)明的雪崩二極管高次倍頻器能夠獲得較高的倍頻 效率，并獲得較高的倍頻輸出功率。
[0026] 如圖2所示，本實施例采用的帶雙扇形支節(jié)的螺旋形微帶緊湊諧振單元的具體結 構參數(shù)如表1 :
[0027] 表 1
[0028]
[0029] 圖3反映出本實施例的帶雙扇形支節(jié)的螺旋形微帶緊湊諧振單元具有良好的低 通濾波性能。
[0030] 圖4反映了本實施例110GHz附近的輸出特性，17次倍頻器的最大倍頻效率達到了 5%，在110GHz附近的輸出功率達到了 10dBm(10mW);其頻率特性和輸出帶寬滿足毫米波及 太赫茲頻段的高次倍頻器的要求。
[0031] 同時，由于本發(fā)明中倍頻器的倍頻次數(shù)很高，通常倍頻次數(shù)為13-17次，因此使倍 頻輸入信號的頻率大大降低，性能大大提高，成本有效降低且易于獲得。該雪崩二極管高次 倍頻器可用于毫米波及太赫茲頻段的發(fā)射或接收系統(tǒng)設備中，例如工作于110GHz頻率附 近的高速寬帶無線通信系統(tǒng)等。
[0032] 當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，熟 悉本領域的技術人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形 都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
【主權項】
1. 采用雪崩二極管的毫米波及太赫茲高次倍頻器，其特征在于：微帶傳輸線A連接隔 直電容C的一端，所述隔直電容C的另一端通過微帶傳輸線B連接帶雙扇形支節(jié)的螺旋形 微帶緊湊諧振單元的一端，所述帶雙扇形支節(jié)的螺旋形微帶緊湊諧振單元的另一端通過微 帶傳輸線C、焊接金帶B連接并聯(lián)接地的雪崩二極管的一端，所述雪崩二極管的另一端通過 焊接金帶A、阻抗線性漸變微帶傳輸線、微帶探針連接傳輸波導，微帶傳輸線B還連接直流 偏置電路。2. 根據(jù)權利要求1所述的采用雪崩二極管的毫米波及太赫茲高次倍頻器，其特征在 于：所述直流偏置電路包括高阻線和單扇形支節(jié)，所述微帶傳輸線B連接高阻線。3. 根據(jù)權利要求1所述的采用雪崩二極管的毫米波及太赫茲高次倍頻器，其特征在 于：所述微帶傳輸線A、B、C的特征阻抗均為50歐姆。4. 根據(jù)權利要求1所述的采用雪崩二極管的毫米波及太赫茲高次倍頻器，其特征在 于：所述隔直電容C為微帶貼片電容。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種采用雪崩二極管的毫米波及太赫茲高次倍頻器，微帶傳輸線A連接隔直電容C的一端，隔直電容C的另一端通過微帶傳輸線B連接帶雙扇形支節(jié)的螺旋形微帶緊湊諧振單元的一端，帶雙扇形支節(jié)的螺旋形微帶緊湊諧振單元的另一端通過微帶傳輸線C、焊接金帶B連接并聯(lián)接地的雪崩二極管的一端，雪崩二極管的另一端通過焊接金帶A、阻抗線性漸變微帶傳輸線、微帶探針連接傳輸波導，微帶線B還連接直流偏置電路。本發(fā)明能有效降低倍頻輸入信號的工作頻率，降低系統(tǒng)設備成本并提高穩(wěn)定性。
【IPC分類】H03B19/14
【公開號】CN105281671
【申請?zhí)枴緾N201410260773
【發(fā)明人】趙明華, 樊勇, 劉永杰, 朱忠博, 崔萬照
【申請人】電子科技大學, 西安空間無線電技術研究所
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2014年6月12日