CN111884597A - 基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频电路及混频器 - Google Patents
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Abstract
本公开提出基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频电路及混频器，所述混频电路包括射频输入探针、反向并联二极管对、级联宽阻带高抑制本振滤波器、本振输入探针、中频滤波器及中频输出端口，并且顺序连接集成在微带线上；所述射频输入探针接地，所述反向并联二极管对的近射频输入端接地，构成分布式多射频回路；所述方案利用分布式多射频回路，有效的降低了地回路对太赫兹偶次混频器带宽和低变频损耗等性能的影响，并利用分布式多回路对本振谐杂波进行匹配，降低太赫兹谐杂波的影响，拓展混频器的带宽和降低混频器的变频损耗。
Description
技术领域
本公开涉及偶次谐波混频器技术领域，特别涉及一种基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频电路及混频器。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
基于平面肖特基二极管的宽带混频探测器，是太赫兹测试仪器核心部件，其主要功能是将高频的太赫兹信号变换成低频微波信号，通过微波信号的分析进而实现太赫兹信号的分析处理；由于200GHz以上无太赫兹宽带商用化低噪声放大器，因此在太赫兹测试仪器中混频器成为了信号接收前端的第一级，如何实现太赫兹混频器的宽带下的低变频损耗、噪声温度等性能指标，成为了提高太赫兹测试仪器性能的关键，但是，发明人发现，现有的太赫兹偶次谐波混频器的技术路线多采用单回路的技术途径，在太赫兹低频段波长较长，混频器的回路对混频器的性能影响相对较小，但随着频率的不断升高，回路的影响越来越大，使得太赫兹偶次谐波混频器的宽频带特性和低变频损耗特性相互制约的矛盾问题越来越突出。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频电路及混频器，所述方案利用分布式多射频回路，有效的降低了地回路对太赫兹偶次混频器带宽和低变频损耗等性能的影响，并利用分布式多回路对本振谐杂波进行匹配，降低太赫兹谐杂波的影响，拓展混频器的带宽和降低混频器的变频损耗。
根据本公开实施例的第一个方面，提供了一种基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频电路，包括：射频输入探针、反向并联二极管对、级联宽阻带高抑制本振滤波器、本振输入探针、中频滤波器及中频输出端口，并且顺序连接集成在微带线上；
所述射频输入探针接地，所述反向并联二极管对的近射频输入端接地，构成分布式多射频回路。
进一步的，所述并联二级管对的接地采用高低阻抗线结构。
进一步的，所述并联二极管对的接地包括第一接地单元和第二接地单元，与所述射频输入探针接地构成三个射频回路。
进一步的，所述中频滤波器采用容性拓展的工字型高Q值谐振结构。
根据本公开实施例的第二个方面，提供了基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频器，
基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频器，包括射频输入波导、本振输入波导以及上述的一种太赫兹宽带高效偶次谐波混频电路。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
(1)本发明采用了布式多射频回路设计技术，有效的降低了地回路对太赫兹偶次混频器带宽和低变频损耗等性能的影响，并利用分布式多回路对本振谐杂波进行匹配，降低太赫兹谐杂波的影响，拓展混频器的带宽和降低混频器的变频损耗；同时，有效解决了太赫兹偶次谐波混频器宽频带和高效率相互制约的问题；
(2)本发明采用了容性拓展的“工字型”高Q值谐振结构，提高了本振滤波单元的性能，进一步降低了本振谐杂波带来的影响，提高了太赫兹宽带偶次谐波混频器的性能。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本公开实施例一中所述的基于单点远端接地太赫兹宽带高效偶次谐波混频器结构示意图；
图2为本公开实施例一中所述的基于分布式多点接地的太赫兹宽带偶次谐波混频器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
通过分析国内外参考文献和产品，太赫兹偶次谐波混频器，由于不需要巴伦结构，电路制作和装配简单，同时可将本振的频率降至所采用的谐波次数N的1/N,谐波次数N越高，本振的需求频率就越低，但变频损耗就越大，因此N的选择需要综合考虑本振与变频性能的实现，最常用的谐波次数是2次、4次和6次，如何实现太赫兹谐波混频器的宽频带及低变频损耗的特性，一直是太赫兹偶次谐波混频器努力的方向，尤其是对高性能的太赫兹测试仪器的研发尤为重要。而随着太赫兹频率的不断升高，波长不断的减少，宽带宽和低变频损耗之间的矛盾也是越来越严重，如何克服高频(500GHz以上)宽频带和高效率之间的相互制约问题，成为了太赫兹偶次谐波混频器技术突破和关注的焦点；目前主要采用的技术路线，采用如图1所示的单射频回路技术路线。
如图1所示展示了现有技术中基于单点远端接地太赫兹宽带高效偶次谐波混频器结构；所述混频器结构主要由7部分电路组成，太赫兹信号经射频输入端口1输入与本振输入端口2输入的本振信号，在反向并联二极管4处进行下混频，产生的中频信号经本振滤波器5和中频滤波器6构成的双工器经端口3输出，在整个电路中采用了单射频回路，且回路中的接地相对于非线性器件距离较远，难以对本振的谐杂波信号进行匹配，同时本振滤波器5和中频滤波器6多采用高低阻抗线的谐振单元，带宽和抑止特性相对较差，难以满足宽频带和高变频特性偶次谐波混频器的设计要求，特别是随着应用谐波次数的升高，这一问题就越突出。
因此，目前太赫兹偶次谐波混频的技术路线尚不能将宽频带和低变频损耗进行良好的融合解决，特别是在4次、6次等更高的谐波次数上；本公开针对这一问题，围绕太赫兹单平衡谐波混频器的基本原理，进行电路拓扑创新，提出了基于分布式多回路的太赫兹宽带、高效偶次谐波混频器，采用分布式多回路电路拓扑形式，降低了地回路的影响，同时利用分布式多回路的技术优势，对本振谐杂波进行匹配并采用电容加载的工字型滤波结构，提高本振和中频双工的带宽及性能，最终满足了拓展混频器的带宽和降低混频器的变频损耗的技术要求。
实施例一：
本实施例的目的是提供一种基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频电路。
基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频电路，包括射频输入探针、反向并联二极管对、级联宽阻带高抑制本振滤波器、本振输入探针、中频滤波器及中频输出端口，并且顺序连接集成在微带线上；
所述射频输入探针接地，所述反向并联二极管对的近射频输入端分布式接地，构成分布式多射频回路。
进一步的，所述并联二级管对的分布式接地采用高低阻抗线结构，所述高低阻抗线结构如图2所述的9和10；所述并联二极管对的分布式接地包括第一接地单元和第二接地单元，与所述射频输入探针接地构成三个射频回路；所述中频滤波器采用容性拓展的工字型高Q值谐振结构。
进一步的，所述射频输入探针以及本振输入探针的类型均为耦合探针。
具体的，结合图2对本实施例中所述的太赫兹宽带高效偶次谐波混频电路进行详细说明,如图2所示，1是混频器的射频输入端口，2是本振输入端口，3是中频输出端口，4是变频器件反向并联二极管，5是本振滤波器，6是本振输入探针，7是中频滤波器，8是射频输入探针耦合端接地单元，9和10是反向并联二极管处接地单元，11是射频输入探针；混频器的射频信号经射频输入1输入，射频输入端口1为波导端口，经11射频耦合探针将射频信号由波导传输线耦合至微带传输线，并将信号馈至非线性器件反向并联二极管4处；混频器的本振信号经2本振输入端口馈入，经本振输入探针6耦合至微带传输线，经本振滤波单元5馈入至反向并联二极管4处，经射频端口1输入的射频信号和经本振端口输入的本振信号，在非线性器件4处进行混频，混频后的中频进行，经本振滤波器5、本振输入探针6、中频滤波器和中频输出端口3进行输出。在本发明中，提出了分布式多回路设计，本实施例中采用了三个射频回路，三个回路有三个连接地结构，8是射频输入探针接地，9和10是非线性器件近端接地，9和10利用了高低阻抗线结构实现了本振杂散的匹配，降低了本振滤波器5的要求，因为滤波性能越好，要求的滤波谐振单元就越多，甚至为满足宽带滤波的特性，需要不同滤波器的级联，致使本振滤波器对本振信号的损耗较大，增加了本振功率的要求，而在高频段宽带高功率信号的产生异常的困难，因此本发明通过分布式射频多回路结构，有效的降低了地回路对太赫兹偶次混频器带宽和低变频损耗等性能的影响，并利用分布式多回路对本振谐杂波进行匹配，降低太赫兹谐杂波的影响，拓展混频器的带宽和降低混频器的变频损耗。本发明中本振滤波单元中的谐振结构，采用了容性拓展的“工字型”高Q值谐振结构，提高了本振滤波单元的性能，进一步降低了本振谐杂波带来的影响，提高了太赫兹宽带偶次谐波混频器的性能。
实施例二：
本实施例的目的是提供一种基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频器。
一种基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频器，包括射频输入波导、本振输入波导以及上述的一种基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频电路。
上述实施例提供的基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频电路及混频器完全可以实现，具有广阔应用前景。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (10)
1.基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频电路，其特征在于，包括：射频输入探针、反向并联二极管对、级联宽阻带高抑制本振滤波器、本振输入探针、中频滤波器及中频输出端口，并且顺序连接集成在微带线上；
所述射频输入探针接地，所述反向并联二极管对的近射频输入端接地，构成分布式多射频回路。
2.如权利要求1所述的基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频电路，其特征在于，所述并联二级管对的接地采用高低阻抗线结构。
3.如权利要求1所述的基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频电路，其特征在于，所述并联二极管对的接地包括第一接地单元和第二接地单元，与所述射频输入探针接地构成三个分布式射频回路。
4.如权利要求1所述的基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频电路，其特征在于，所述中频滤波器采用容性拓展的工字型高Q值谐振结构。
5.如权利要求1所述的基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频电路，其特征在于，所述射频输入探针的类型为耦合探针。
6.如权利要求1所述的基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频电路，其特征在于，所述本振输入探针的类型为耦合探针。
7.如权利要求1所述的基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频电路，其特征在于，所述本振滤波器采用级联宽阻带高抑制本振滤波器。
8.基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频器，其特征在于，所述混频器采用如权利要求1-7任一项所述的基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频电路。
9.如权利要求8所述的基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频器，其特征在于，
所述混频器包括射频输入波导。
10.如权利要求8所述的基于分布式射频回路的太赫兹宽带偶次谐波混频器，其特征在于，
所述混频器包括本振输入波导。
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