基于肖特基二极管的太赫兹谐波混频器制造技术

本实用新型专利技术公开的一种基于肖特基二极管的太赫兹谐波混频器，旨在提供一种结构简单，变频损耗低，能够对太赫兹信号进行下变频接收的混频器。本实用新型专利技术通过下述技术方案予以实现：射频和直流地通过垂直于它的射频输入减高波导，顺次通过肖特基二极管(3)、本振滤波器(4)相连，本振滤波器通过垂直于它的混频器波导腔体的本振输入减高波导(5)，顺次串联中频滤波器(6)和中频输出口(7)，射频和直流地降低因肖特基二极管不对称而产生的直流信号，本振信号经本振滤波器匹配后馈入肖特基二极管中进行下变频产生中频信号，通过中频输出口输出中频滤波器的隔离射频信号。

Terahertz harmonic mixer based on Schottky diode

The utility model discloses a terahertz harmonic mixer based on Schottky diode, which aims at providing a mixer with simple structure, low frequency conversion loss and capable of down converting the terahertz signal. The utility model is realized through the technical scheme of RF and DC to RF input through the reduced height waveguide perpendicular to it, in turn through the Schottky diode (3), local oscillator filter (4) connected, the vibration filter through the vibration mixer waveguide cavity perpendicular to its input reduced height waveguide (5),. A series of intermediate frequency filter (6) and the intermediate frequency output port (7), RF and DC to reduce the DC signal generated by Schottky diode asymmetric, the vibration signal by matching the vibration filter feed Schottky diode in lower frequency generated intermediate frequency signal, the output of the RF signal isolation filter through the intermediate frequency output port.

【技术实现步骤摘要】
基于肖特基二极管的太赫兹谐波混频器
本技术是关于能够被应用于物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文、宽带移动通讯、安全检查、反恐探测、临近空间通信/卫星通信和雷达探测等与国民经济和社会发展密切相关领域的一种基于肖特基二极管的太赫兹谐波混频器。
技术介绍
太赫兹(THz)科学技术是近二十年来迅速发展的一个新兴交叉学科和研究热点，涉及电磁学、光电子学、光学、半导体物理学、材料科学、生物、医学等多门科学。太赫兹频段覆盖电磁频谱的0.1THz～10THz频率范围，是一个蕴含着丰富物理内涵的宽频段电磁辐射区域，两端分别连接微波毫米波和红外可见光。在太赫兹频段,混频器的本振工作频率很高,同时获取太赫兹本振源的难度也很大。近年来，太赫兹技术作为重要的研究领域，在国内外已经受到越来越广泛的关注。无论太赫兹波应用于哪个方面以及哪个频段，都离不开对太赫兹波的接收，对于最为常用的基于超外差体制的接收机来说，实现频率下变频作用的混频器是其中的一个关键部件，它的指标直接影响着太赫兹接收系统的性能。混频的功能是将信号频率从一个量值转变为另一个量值，具有这种功能的电路通常称之为混频器。混频器可以进行下变频或者上变频，属于变频器的一种，其作用是将接收到的微弱高频射频信号和输入的本振频率信号一起加到非线性器件上，使其产生混频信号，输出差频实现从射频到中频的变换，也就是频率相减的变换。混频器其最本质的元件是非线性元件，原因是因为非线性元件才能使得频率变换，二极管以及晶体管作为非线性元件的混频器系统越来越普遍。二极管作为非线性元件在混频过程中会伴随着变频损耗，虽然这样，但是它结构简单，便于集成，噪声低，工作稳定，动态范围大。二极管的非线性作用是产生混频效果的关键实质。当频率为LOf的大信号加到二极管上时，就会产生本振信号的各阶谐波频率信号，当幅度较小的射频RFf信号同时加到二极管上时，就会产生许多新的频率组合，也就是LOf与RFf各次谐波频率的组合，在这个基础上，再利用一个具有频率选择性的电路(通常为滤波器)把频率分量提取出来。通过选择LOf和n值，n为大于1的正整数,就能获得我们所需要的中频信号。能实现这种频率变换的混频器就称之为n次谐波混频器。2007年，电子科技大学李凯采用反向并联二极管对研制了一个采用悬置共面波导-微带结构，使用UMS公司的DBES105a作为混频器件的140GHz分谐波混频器，射频信号RF和本振信号LO分别通过WR7和WR12标准波导馈入，然后由探针过渡到共面波导传输线，经过匹配电路加载到反向并联二极管对。中频信号IF由二极管对产生后，由本振中频双工中的中频低通滤波器输出。但在变频过程伴随着信号能量的重新分配，导致了中频信号幅度低于射频信号幅度，混频器件为三端器件时可能会出现变频增益。混频过程同时会产生噪声叠加在输出信号上，表现为输出信噪比变差。混频器的上边带和下边带信号。动态范围是混频器能正常工作的输入信号功率范围。混频器动态范围的下限决定于混频器的等效输入噪声功率。动态范围上限决定于混频器的饱和状态对应的输入功率。端口隔离度混频器在变频的同时，还会产生信号泄漏。表征信号泄漏严重程度的指标是端口间的隔离度。混频器隔离度指标中比较重要的是本振-射频信号端口隔离度、射频信号-中频端口隔离度、本振-中频端口隔离度和射频信号-本振端口隔离度。由于混频器工作于118GHz频段，电路性能对尺寸变化敏感，所以电路结构力求简单紧凑，便于加工和装配，并尽可能减小由于电路结构本身以及加工装配误差所带来的不必要损耗。在近乎所有的太赫兹技术应用系统中，太赫兹接收前端是系统的最核心技术，它完成太赫兹信号的频率变换。太赫兹分谐波混频器是太赫兹接收前端的关键部件。在固态太赫兹雷达和太赫兹波通信技术等系统中，由于缺少低噪声放大器，混频器就成为了太赫兹接收机接收端的第一级。太赫兹谐波混频器作为太赫兹系统的前端器件,是超外差接收机中的关键部件，它的指标很大程度上决定了整个接收系统的性能。目前，在仅有的几类可工作于太赫兹频段的混频器中，只有基于平面肖特基二极管的太赫兹分谐波混频器可工作于室温，无需提供如液氦等以实现苛刻的低温环境。肖特基二极管工运行在高温和低温环境中，并且它能够覆盖直流到2THz所有的频率范围，在本振功率的激励下，二极管混频的信号要有合适的传输线路传输和提取有用信号。肖特基二极管混频器的特点是能够使得整个混频器的结构简单，并且便于集成，二极管混频器的工作状态稳定，混频器的性能优良。这些设备是混频器和频率倍频器中是关键的元件。目前,主要采用基于肖特基二极管的分谐波混频技术,由于受到肖特基二极管自身特性的限制,分谐波混频器主要限于2次和4次谐波混频,而更高次数谐波混频的变频损耗则很大。肖特基二极管混频器最大特点是不需要在低温环境中运行，但它需要较大的本征功率，且灵敏度较低。另外，随着频率的升高，对于肖特基二极管混频器来说，制作极小的波导元件是非常困难的。单管混频:只采用一只二极管进行信号混频，这种混频器的电路结构简单，由于只需一个二极管，所以混频器的成本也较低。但是，研究表明:这种混频器存在很大的缺点:混频隔离度、噪声系数以及抑制干扰能力差，产生的杂波分量多，功率耗散大，需要额外设计直流通路。因此，单管混频适合于要求不高的信号混频中。混频器输出的频率有无穷多项，为了提取出想要得到的信号，必须将其它项滤除掉，所以设计混频器的时候还要设计匹配电路和滤波器电路。如果按照所提取的谐波分量，混频器可分为以下两类:第一类:基波混频器。基波其实就是一次谐波。基波混频器非线性元件大部分的输出功率都集中在基波上。采用基波混频器中基波的最主要的缺点是需要一个高功率的本地振荡器，本地振荡器的输出频率基本接近于信号的频率，因此这样就增加的系统的复杂性和成本，特别是在太赫兹领域这个缺点更严重。在太赫兹接收机中，如采用基波混频器，则本振信号源实现难度较大，而采用谐波混频方案，可以降低本振信号源的制作难度。第二类:谐波混频器。混频器的输出频率为输入频率(射频和本振频率)的谐波组合，谐波混频器由此得来，其中最常见的是偶次谐波混频器。偶次谐波混频器的最大的特点是降低本振源的频率要求，降低电路的成本，但是它的代价是变频损耗增加。如果按照混频时采用不同的非线性器件，混频器又可以分成有源和无源混频器:1)有源混频器。有源指的是需要额外加直流偏置，有源混频器通常采用晶体管或场效应管等作为非线性器件。有源混频器的优点是能够得到混频增益并且它的组合干，2)无源混频器通常情况下采用平面肖特基二极管作为非线性元件。由于受技术水平所限，射频和本振输入端口过渡采用的是可调短路面形式，同时由于当时缺乏平面封装的反向并联二极管对，其混频器件由两只单管二极管和腔体壁相连形成回路，以此构成反向并联管对。如果按照电路结构来对混频器进行分类，混频器又有单端式混频，单平衡混频，双平衡混频等多种形式。非线性电导净变频损耗是混频固有的，通常是混频器输出的无用组合频率分量引起的，也就是非线性电导净变频损耗。二极管芯的结损耗是二极管引起的，理论研究表明:二极管的非线性结电阻尺，才是真正引起频率变换的参数电路的失配损耗是由于信号传输线路中阻抗的不匹配引起的信号能量的损耗；电路的传输损耗是由于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于肖特基二极管的太赫兹谐波混频器，包括：射频输入减高波导(1)、同时提供直流通路以及太赫兹射频信号地的射频和直流地(2)、置于混频器波导腔体内的反向并联结构形式的肖特基二极管(3)和本振滤波器(4)，其特征在于：射频和直流地(2)通过垂直于它的射频输入减高波导(1)，顺次通过肖特基二极管(3)、本振滤波器(4)相连，本振滤波器(4)通过垂直于它的混频器波导腔体的本振输入减高波导(5)，顺次串联中频滤波器(6)和中频输出口(7)，通过中频输出口(7)输出中频滤波器(6)的隔离射频信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于肖特基二极管的太赫兹谐波混频器，包括：射频输入减高波导(1)、同时提供直流通路以及太赫兹射频信号地的射频和直流地(2)、置于混频器波导腔体内的反向并联结构形式的肖特基二极管(3)和本振滤波器(4)，其特征在于：射频和直流地(2)通过垂直于它的射频输入减高波导(1)，顺次通过肖特基二极管(3)、本振滤波器(4)相连，本振滤波器(4)通过垂直于它的混频器波导腔体的本振输入减高波导(5)，顺次串联中频滤波器(6)和中频输出口(7)，通过中频输出口(7)输出中频滤波器(6)的隔离射频信号。2.如权利要求1所述的基于肖特基二极管的太...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志辉，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：新型
国别省市：四川,51