基于雪崩二極管的毫米波及太赫茲十六次諧波混頻器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于雪崩二極管的毫米波及太赫茲十六次諧波混頻器，該諧波混頻器以微帶傳輸線和一只并聯(lián)接地的雪崩二極管為基礎(chǔ)，加上共面波導(dǎo)單面鰭線傳輸線、兩段雙折疊微帶緊湊諧振單元(DCMRC)和一段三平行耦合線隔直器所組成，其兩個分別工作在不同頻率的雙折疊微帶緊湊諧振單元(DCMRC)組合，既能夠有效提高本振與中頻、本振與射頻、中頻與射頻端口之間的隔離度，又能靈活調(diào)整對空閑諧波頻率的終端電抗性負(fù)載。本實用新型使本振的工作頻率大大降低，性能大大提高，成本有效降低。
【專利說明】基于雪崩二極管的毫米波及太赫茲十六次諧波混頻器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及毫米波【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于雪崩二極管的毫米波及太赫茲十六次諧波混頻器。

【背景技術(shù)】
[0002]在毫米波及太赫茲頻段，應(yīng)用于接收和發(fā)射設(shè)備中的肖特基二極管二次或四次諧波混頻器，其本振激勵信號頻率仍然較高，同時變頻損耗較大。倘若利用更高次數(shù)的諧波進行混頻，變頻損耗則增加得很大。P.A.Rolland在IEEE Transact1ns on MicrowaveTheory and Techniques, 24 (11)，pp.768-775，1976 名為 “New modes of operat1n foravalanche d1des frequency multiplicat1n and up-convers1n，，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(shè)計實例中給出了一個Ka波段雪崩二級管上變頻器的結(jié)果，但沒有給出利用雪崩二極管實現(xiàn)高次諧波混頻的普遍性設(shè)計方法。
[0003]本實用新型的發(fā)明人在Progress In Electromagnetics ResearchLetters, N0.36:, pp.77-86, 2013 名為 “Compact lowpass filter with wide stopbandusing novel double-folded SCMRC structure with parallel open-ended stub，，文獻中提出過一種基于雙折疊微帶緊湊諧振單元(DCMRC)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有良好的濾波效果，并且寄生通帶遠(yuǎn)離工作頻率。雙折疊微帶緊湊諧振單元(DCMRC)電路尺寸小，并且可以作為準(zhǔn)集成組件靈活地運用在電路中，但在該文獻中沒有提出過如何將它應(yīng)用在毫米波及太赫茲頻段的雪崩二極管諧波混頻器中。
[0004]采用現(xiàn)有技術(shù)的二次或四次肖特基二極管諧波混頻器，制造成本和使用成本都較高，所以在目前毫米波通信日益廣泛的形式下，現(xiàn)有技術(shù)的混頻器已難以滿足用戶降低成本的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型旨在提供一種基于雪崩二極管的毫米波及太赫茲十六次諧波混頻器，可在毫米波及太赫茲頻段使用的，能夠取代現(xiàn)有技術(shù)的二次或四次肖特基二極管諧波混頻器，進一步有效降低本振信號的工作頻率，實現(xiàn)低變頻損耗及低成本。
[0006]為達到上述目的，本實用新型是采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]本實用新型公開的基于雪崩二極管的毫米波及太赫茲十六次諧波混頻器，其射頻信號依次通過單面鰭線、共面波導(dǎo)輸入，所述共面波導(dǎo)的輸出端通過金帶A連接雪崩二極管D的管芯，所述雪崩二極管D的管芯還通過金帶B連接線性漸變低阻抗傳輸線的大端，所述線性漸變低阻抗傳輸線的小端通過微帶傳輸線連接雙折疊微帶緊湊諧振單元A的一端，本振輸入端連接三平行耦合線隔直器輸入端，所述三平行耦合線隔直器的一個分支連接雙折疊微帶緊湊諧振單元A的另一端，其另一個分支通過微帶高阻線連接雙折疊微帶緊湊諧振單元B的一端，所述雙折疊微帶緊湊諧振單元B的另一端通過扼流電感L連接直流偏置電路，還通過隔直電容C連接中頻輸出端，所述雪崩二極管的管芯D的陽極連接信號地GND。通過調(diào)節(jié)線性漸變低阻線的長度和雙折疊微帶緊湊諧振單元A與雪崩二極管D之間的距離，可以實現(xiàn)傳輸線與雪崩二極管之間的良好匹配；同時雙折疊微帶緊湊諧振單元A可對本振信號激勵雪崩二極管D產(chǎn)生的高次諧波閑頻形成電抗性負(fù)載，對高次諧波閑頻形成抑制反射作用，同時也可提高本振和射頻端口的隔離度。
[0008]進一步的，所述雙折疊微帶緊湊諧振單元A和雙折疊微帶緊湊諧振單元B相互平行。調(diào)整中頻電路中的雙折疊微帶緊湊諧振單元B與本振電路中的雙折疊微帶緊湊諧振單元A之間的橫向距離和縱向距離，能夠使雙折疊微帶緊湊諧振單元B也對高次諧波閑頻形成電抗性負(fù)載，最大程度的對高次諧波閑頻形成抑制反射作用，同時也可提高中頻和射頻端口的隔離度。
[0009]優(yōu)選的，所述扼流電感L為微帶貼片電感，所述隔直電容C為微帶貼片電容。
[0010]本實用新型能夠最大限度的抑制空閑諧波頻率，有效回收利用空閑諧波頻率能量，降低變頻損耗，其結(jié)果是使雪崩管十六次諧波混頻器的最小變頻損耗為15dB，達到了肖特基二極管四次諧波混頻器的性能。
[0011]同時，由于本實用新型混頻器的本振工作頻率只有基波混頻器的1/16，從而使本振的工作頻率大大降低，性能大大提高，成本有效降低。因此可用于毫米波及太赫茲頻段的發(fā)射或接收設(shè)備中，例如工作于94GHz頻率附近的高速無線通信系統(tǒng)和直升機防撞系統(tǒng)坐寸ο

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是雙折疊微帶緊湊諧振單元的結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖3是雙折疊微帶緊湊諧振單元的典型傳輸特性圖。
[0015]圖4是本實用新型在10GHz時的變頻損耗圖。
[0016]圖中:1_直流偏置信號輸入端2-本振輸入端3-三平行耦合線隔直器4-中頻輸出端5-雙折疊微帶緊湊諧振單元B 6-雙折疊微帶緊湊諧振單元A 7-線性漸變低阻抗傳輸線 8-單面鰭線 9-共面波導(dǎo) 10-金帶A 11-金帶B 12-微帶傳輸線13-微帶高阻線

【具體實施方式】
[0017]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對本實用新型進行進一步詳細(xì)說明。
[0018]如圖1所示，本實用新型公開的基于雪崩二極管的毫米波及太赫茲十六次諧波混頻器，包括:射頻信號依次通過單面鰭線8、共面波導(dǎo)9輸入，共面波導(dǎo)9的輸出端通過金帶AlO連接雪崩二極管D的管芯，所述雪崩二極管D的管芯還通過金帶Bll連接線性漸變低阻抗傳輸線7的大端，線性漸變低阻抗傳輸線7的小端通過微帶傳輸線12連接雙折疊微帶緊湊諧振單元A6的一端，本振輸入端2連接三平行耦合線隔直器3輸入端，三平行耦合線隔直器3的一個分支連接雙折疊微帶緊湊諧振單元A6的另一端，其另一個分支通過微帶高阻線13連接雙折疊微帶緊湊諧振單元B5的一端，所述雙折疊微帶緊湊諧振單元B5的另一端通過扼流電感L連接直流偏置電路1，還通過隔直電容C連接中頻輸出端4，雪崩二極管的管芯D的陽極連接信號地GND ;雙折疊微帶緊湊諧振單元A6和雙折疊微帶緊湊諧振單元B5相互平行；扼流電感L采用微帶貼片電感，隔直電容C采用微帶貼片電容。
[0019]本實施例中，本振電路、中頻電路和直流偏置電路制作在基板厚度為0.508mm的羅杰斯4350B基板上，射頻電路制作在厚度為0.127mm的羅杰斯5880基板上。射頻信號(fEF)從右端的射頻輸入端經(jīng)單面鰭線8過渡和共面波導(dǎo)9傳輸后饋入至雪崩二極管D中；本振信號(fj從左端的本振輸入端2經(jīng)過三平行耦合線隔直器3、雙折疊微帶緊湊諧振單元A6和線性漸變低阻抗傳輸線7饋入至雪崩二極管中。本振信號(fj大約是射頻信號(fEF)的十六分之一。
[0020]中頻端電路與本振端電路相連，本振信號激勵雪崩二極管產(chǎn)生的十六次諧波頻率分量(16fJ與射頻信號(fKF)在雪崩二極管中進行混頻，混頻得到的中頻信號(fIF)經(jīng)過本振電路中的線性漸變低阻抗傳輸線7和雙折疊微帶緊湊諧振單元A6進入到中頻電路，經(jīng)過雙折疊微帶緊湊諧振單元B5和一個隔直電容C，最終從中頻輸出端4輸出。
[0021]直流偏置電路I與中頻電路相連。雪崩二極管所需要的偏置直流從直流偏置電路I輸入，經(jīng)過一個扼流電感L，通過中頻電路中的雙折疊微帶緊湊諧振單元B5、本振電路中的雙折疊微帶緊湊諧振單元A6和線性漸變低阻抗傳輸線7，饋入雪崩二極管中，實現(xiàn)直流偏置功能。
[0022]直流偏置電路中的扼流電感L是為了抑制并防止中頻電路中的中頻信號(fIF)泄漏至直流偏置電路I中。中頻電路中的隔直電容C則是為了防止偏置直流泄漏到中頻輸出端4。
[0023]本振信號激勵雪崩管產(chǎn)生能夠達到毫米波頻段的高次諧波(NfJ，除與射頻信號(fEF)進行混頻的十六次諧波(16fJ外，雪崩二極管D產(chǎn)生的其它諧波頻率(Ν?^，Ν古16)和與射頻信號的混頻分量古16)則為空閑頻率分量。位于雪崩二極管D左邊的雙折疊微帶緊湊諧振單元A6、B5利用其寬頻段的阻帶特性，能夠最大程度的抑制雪崩二極管D產(chǎn)生的諧波分量(NfJ和其與射頻信號產(chǎn)生的混頻頻率分量(fKF±Nf^，N古16)。
[0024]由于雪崩二極管產(chǎn)生的諧波頻率(NfJ和與射頻信號的混頻分量(fKF±NfJ覆蓋了從微波到毫米波寬廣的頻率范圍。位于雪崩二極管D左側(cè)的雙折疊微帶緊湊諧振單元A6，被設(shè)計為盡可能的對各次諧波頻率(NfJ均有一定程度的抑制度，但同時也能低損耗通過本振信號(fj和中頻信號(fKF - 16fJ。
[0025]調(diào)整雪崩二極管D與雙折疊微帶緊湊諧振單元A6之間的距離，可以優(yōu)化A6在射頻信號(fKF)和各次諧波頻率(NfJ上所呈現(xiàn)出的電抗性負(fù)載，實現(xiàn)對這些頻率信號的抑制，防止射頻信號(fKF)泄露到本振電路中，也可將各次諧波頻率(NfJ反射回雪崩二極管中，實現(xiàn)諧波頻率的回收利用。
[0026]同時本振電路中的三平行耦合線隔直器除了隔離直流并通過本振信號外，優(yōu)化三平行耦合線隔直器與雙折疊微帶緊湊諧振單元A6之間的距離，也可以對射頻信號(fKF)和各次諧波頻率(NfJ實現(xiàn)一定的抑制。
[0027]位于中頻電路中的雙折疊微帶緊湊諧振單元B5，被設(shè)計為對本振信號(fj具有很高的抑制度，防止本振信號泄漏到中頻電路中；優(yōu)化雙折疊微帶緊湊諧振單元B5與本振電路中雙折疊微帶緊湊諧振單元A6之間的橫向距離和縱向距離，還可實現(xiàn)對雪崩管產(chǎn)生的各次諧波頻率(NfJ和與射頻信號的空閑混頻分量(fKF±NfJ的抑制，但同時雙折疊微帶緊湊諧振單元B5能夠低損耗通過16次諧波混頻的中頻信號(fKF - 16fLo)。
[0028]由于雙折疊微帶緊湊諧振單元(DCMRC)具有較寬的阻帶頻率范圍和良好的帶外抑制度，能有效抑制雪崩管產(chǎn)生的諧波頻率(NfJ和與射頻信號的空閑混頻分量(fKF±Nf J，因此本實用新型的雪崩二極管十六次諧波混頻器較傳統(tǒng)毫米波四次諧波混頻器能夠利用更高次數(shù)的諧波進行混頻，并獲得較低的變頻損耗。
[0029]如圖2，本實用新型公開一種雙折疊微帶緊湊諧振單元(DCMRC)具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如表I所示。
[0030]表I
[0031]
結(jié)構(gòu)變量 |W50 Iw [wi [W2 [W3
結(jié)構(gòu)值(mm) 1.1 5.1~Ο 0TT2~0Γθ
結(jié)構(gòu)變量 LI~L2 L3 L4 L5 L6
結(jié)構(gòu)值(mm) 3.46 5.13 7.12~ΤΓδδ~072~035
[0032]從圖3可以看出，如表I中各結(jié)構(gòu)值構(gòu)成的雙折疊微帶緊湊諧振單元(DCMRC)的頻率傳輸特性良好。
[0033]從圖4可以看出，本實用新型在10GHz附近的變頻損耗很小，性能良好。
[0034]當(dāng)然，本實用新型還可有其它多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本實用新型作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本實用新型所附的權(quán)利要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于雪崩二極管的毫米波及太赫茲十六次諧波混頻器，其特征在于:射頻信號依次通過單面鰭線、共面波導(dǎo)輸入，所述共面波導(dǎo)的輸出端通過金帶A連接雪崩二極管D的管芯，所述雪崩二極管D的管芯還通過金帶B連接線性漸變低阻抗傳輸線的大端，所述線性漸變低阻抗傳輸線的小端通過微帶傳輸線連接雙折疊微帶緊湊諧振單元A的一端，本振輸入端連接三平行耦合線隔直器輸入端，所述三平行耦合線隔直器的一個分支連接雙折疊微帶緊湊諧振單元A的另一端，其另一個分支通過微帶高阻線連接雙折疊微帶緊湊諧振單元B的一端，所述雙折疊微帶緊湊諧振單元B的另一端通過扼流電感L連接直流偏置電路，還通過隔直電容C連接中頻輸出端，所述雪崩二極管的管芯D的陽極連接信號地GND。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雪崩二極管的毫米波及太赫茲十六次諧波混頻器，其特征在于:所述雙折疊微帶緊湊諧振單元A和雙折疊微帶緊湊諧振單元B相互平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雪崩二極管的毫米波及太赫茲十六次諧波混頻器，其特征在于:所述扼流電感L為微帶貼片電感，所述隔直電容C為微帶貼片電容。
【文檔編號】H03D7/16GK203984356SQ201420312695
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】趙明華, 李可, 樊勇, 朱忠博, 崔萬照 申請人:電子科技大學(xué), 西安空間無線電技術(shù)研究所