20GHz-325GHz外加偏置寬帶高效二倍頻的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及20GHZ-325GHZ外加偏置寬帶高效二倍頻。
【背景技術(shù)】
[0002]220GHz-325GHz寬帶固態(tài)大功率信號(hào)發(fā)生，一直是220GHz?325GHz信號(hào)源、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、天線/RCS測(cè)試系統(tǒng)等測(cè)試設(shè)備重點(diǎn)解決的問(wèn)題，與220GHz-325GHz倍頻器的倍頻效率、壓縮點(diǎn)和驅(qū)動(dòng)功率息息相關(guān)，提高倍頻器的壓縮點(diǎn)，增加倍頻器的驅(qū)動(dòng)功率，以及提高倍頻器的效率都是提高倍頻器輸出功率的有效途徑。
[0003]由于220GHz-325GHz倍頻器無(wú)論三次還是二次都難以產(chǎn)生寬帶毫米波大功率驅(qū)動(dòng)，因此，提高220GHz-325GHz倍頻器的效率，是提高220GHz_325GHz頻段固態(tài)源輸出功率最為有效的方案。
[0004]鑒于二倍頻器較三倍頻器倍頻次數(shù)小、倍頻效率高，同時(shí)二倍頻電路相對(duì)于三倍頻電路可以增加偏置電路，用于調(diào)節(jié)非線性器件(變阻二極管/變?nèi)荻O管)的工作點(diǎn)，改善倍頻效率。
[0005]220GHz-325GHz寬帶倍頻器需要兼顧寬帶寬和高效率兩個(gè)方面的問(wèn)題，目前給出的基于介質(zhì)二倍頻電路多為窄帶電路，寬帶的二倍頻電路方案如圖1所示，整體結(jié)構(gòu)主要由上腔、板片和下腔三部分組成，板片用來(lái)與下腔寬邊上的脊，一起構(gòu)成不平衡至平衡的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和脊波導(dǎo)，上腔用于配合下腔形成波導(dǎo)，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)其開(kāi)槽的長(zhǎng)度，調(diào)節(jié)倍頻器的帶寬；該倍頻器工作時(shí)，首先通過(guò)一條多曲線擬合為漸變函數(shù)的脊，將llOGHz-162.5GHz頻段范圍的基波等幅反向的傳輸至串聯(lián)二極管處，經(jīng)二極管對(duì)整流產(chǎn)生偶次諧波，其中二次諧波經(jīng)過(guò)脊波導(dǎo)傳輸至1_標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)口(WR3.4)輸出。
[0006]該倍頻器采用全金屬結(jié)構(gòu)的電路構(gòu)成，機(jī)械加工難度大，同時(shí)精度要求高，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，同時(shí)該電路無(wú)直流偏置，對(duì)llOGHz-162.5GHz頻段的基波輸出功率要求高，因?yàn)閘lOGHz-162.5GHz頻段無(wú)相應(yīng)的寬帶功率放大器。
[0007]現(xiàn)有的毫米波倍頻電路主要有兩種形式，一種是基于基片的毫米波二倍頻電路，一種是如圖1所示的基于全金屬結(jié)構(gòu)的二倍頻電路。基于基片的二倍頻電路，難以實(shí)現(xiàn)220GHz-325GHz全波導(dǎo)帶寬內(nèi)的高效倍頻，而基于全金屬結(jié)構(gòu)的二倍頻電路能在220GHz-325GHz全波導(dǎo)帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率倍頻，但其難以增加偏置電路，對(duì)倍頻器的輸入功率要求較高，同時(shí)其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工精度要求高，因此加工實(shí)現(xiàn)難度大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提出了 20GHz-325GHz外加偏置寬帶高效二倍頻，不但可以實(shí)現(xiàn)220GHz-325GHz全波導(dǎo)帶寬，同時(shí)具有較高的效率，突破了現(xiàn)有的基于介質(zhì)的二倍頻電路帶寬和效率不可兼顧的問(wèn)題，同時(shí)解決了全金屬結(jié)構(gòu)220GHz-325GHz 二倍頻電路無(wú)法增加直流偏置電路，以及電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)難度大的難題。
[0009]本發(fā)明在220GHz-325GHz整個(gè)波導(dǎo)帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)二次高效倍頻，通過(guò)合理的增加偏置電路，使得用于倍頻的肖特基二極管工作在合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，降低對(duì)倍頻器輸入功率的要求，提高倍頻器的效率，利用圓環(huán)諧振器配合環(huán)間連接電感和互耦電容，以較小的電路尺寸實(shí)現(xiàn)倍頻器輸入信號(hào)諧波的寬帶濾波。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0011]20GHZ-325GHZ外加偏置寬帶高效二倍頻，利用直流偏置低通濾波器和寬帶雙圓環(huán)濾波器構(gòu)成直流偏置和倍頻器輸出和輸入的雙工器，寬帶雙圓環(huán)濾波器配合波導(dǎo)探針濾波的同時(shí)進(jìn)行匹配，基波輸入采用脊波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)輸入基波的平衡結(jié)構(gòu)，配合二極管的寄生參數(shù)完成輸入基波的匹配，同時(shí)在輸入脊波導(dǎo)處增加一個(gè)單面鍍金的介質(zhì)板片，該介質(zhì)板片無(wú)鍍金的一面直接與脊波導(dǎo)接觸。
[0012]上述毫米波二倍頻器，包括:上腔體1、下腔體2、直流輸入端口 3和倍頻電路4，輸入波導(dǎo)接口形式為WR6.5，輸出波導(dǎo)接口形式為WR3.4 ;
[0013]上腔體1和下腔體2配合，一方面構(gòu)建波導(dǎo)傳輸線，另一方面與倍頻電路4配合，形成外加偏置的二倍頻電路。
[0014]可選地，上腔體中輸入波導(dǎo)組件上102配合下腔體2中的輸入波導(dǎo)組件下204形成倍頻器輸入波導(dǎo)接口，接口形式為WR6.5 ;
[0015]上腔體1中的輸出波導(dǎo)組件上103配合下腔體2中的輸出波導(dǎo)組件下205形成倍頻器的輸出波導(dǎo)接口，接口形式為WR3.4 ;
[0016]上腔體1中的輸入等高漸變波導(dǎo)組件上104配合下腔體2中的輸入等高漸變波導(dǎo)組件下208形成輸入端的等高漸變波導(dǎo)；
[0017]上腔體1中的輸出等高漸變波導(dǎo)組件上105配合下腔體2中的輸出等高漸變波導(dǎo)組件下207形成倍頻器輸出端的等高漸變波導(dǎo)。
[0018]可選地，倍頻器輸入波導(dǎo)接口、輸出波導(dǎo)接口中心線在同一條直線上。
[0019]可選地，下腔體2中的第一腔體沉槽201、第二腔體沉槽203以及第三腔體沉槽206，相對(duì)于波導(dǎo)接口平面202下沉0.1mm。
[0020]可選地，倍頻電路4裝配在下腔體2上，包括:平衡式脊波導(dǎo)401、反向串聯(lián)二極管402、輸入基波信號(hào)匹配單元403、寬帶雙圓環(huán)濾波器404、輸出信號(hào)匹配單元405、輸出信號(hào)探針406、偏置電路低通濾波器407和單面鍍金的介質(zhì)板408。
[0021]可選地，平衡式脊波導(dǎo)401采用平衡式對(duì)脊線，將等幅反向的場(chǎng)加到二極管402處，實(shí)現(xiàn)輸入基波信號(hào)的寬頻帶匹配和基波二次諧波共面波導(dǎo)場(chǎng)模式轉(zhuǎn)變成微帶場(chǎng)模式。
[0022]可選地，輸入基波信號(hào)匹配單元403，實(shí)現(xiàn)寬帶雙圓環(huán)濾波器404與二極管402寬頻帶匹配。
[0023]可選地，寬帶雙圓環(huán)濾波器404的通帶為220GHz-325GHz，一方面用于220GHz-325GHz帶外雜散的抑制，同時(shí)將輸入的基波信號(hào)反射到二極管處重新參與倍頻。
[0024]可選地，單面鍍金介質(zhì)板片408用于220GHz-325GHz信號(hào)單向傳輸。
[0025]本發(fā)明的有益效果是:
[0026](1)本發(fā)明提出的毫米波二倍頻器增加了直流偏置電路，電路不改變倍頻器的寬帶特性，彌補(bǔ)了現(xiàn)在的全金屬結(jié)構(gòu)220GHz-325GHz倍頻器的缺陷，有效的改善了倍頻器的靜態(tài)工作點(diǎn)，提高了倍頻器效率。
[0027](2)本發(fā)明提出的毫米波二倍頻器采用小尺寸雙環(huán)濾波器，相對(duì)于現(xiàn)有的倍頻電路，電路尺寸小插損小，同時(shí)帶寬寬。
[0028](3)本發(fā)明提出的毫米波二倍頻器采用平衡對(duì)鰭線實(shí)現(xiàn)基波(110GHZ-170GHZ)輸入和基波二次諧波(220GHz-325GHz)諧波輸出的寬頻帶匹配，同時(shí)實(shí)現(xiàn)基波二次諧波(220GHz-325GHz)諧波輸出共面線至微帶線模式的轉(zhuǎn)換，相對(duì)于現(xiàn)有的二倍頻電路采用的模式轉(zhuǎn)換電路和匹配電路，帶寬寬和傳輸損耗小，有效的解決了帶寬和效率雙重問(wèn)題。
[0029](4)本發(fā)明提出的毫米波二倍頻器，通過(guò)在輸入端脊波導(dǎo)處增加一個(gè)單面?zhèn)鬏數(shù)慕橘|(zhì)板片，改善倍頻器寬帶匹配，同時(shí)保證220GHz-325GHz信號(hào)單向傳輸，提高倍頻器的效率。
【附圖說(shuō)明】
[0030]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1為現(xiàn)有的1mm 二倍頻器的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0032]圖2為本發(fā)明220GHz-325GHz 二倍頻器的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0033]圖3為本發(fā)明220GHz-325GHz 二倍頻器的上腔體結(jié)構(gòu)圖；
[0034]圖4為本發(fā)明1mm 二倍頻器的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0035]圖5為本發(fā)明1mm 二倍頻器的分離結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0037]220GHz?325GHz頻段固態(tài)倍頻源由于具有體積小、價(jià)格低廉、易于集成及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已成為很多系統(tǒng)的首選，特別是220GHz?325GHz頻段的測(cè)試儀器。如何實(shí)現(xiàn)220GHz?325GHz頻段寬帶高效大功率信號(hào)的發(fā)生，直接決定了 220GHz?325GHz頻段信號(hào)源、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和天線/RCS測(cè)試系統(tǒng)端口功率和動(dòng)態(tài)范圍等關(guān)鍵性能指標(biāo)。提高220GHz?325GHz頻段輸出功率需要解決的核心問(wèn)題，是提高220GHz?325GHz倍頻器的效率。
[0038]基于肖特基二極管的平衡式二倍頻方案，由于可消除奇次諧波，同時(shí)由于倍頻次數(shù)較低，具有較高的倍頻效率，是固態(tài)倍頻器的首選。由于220GHz?325GHz 二倍頻器帶寬寬和頻率高，因此為提高其倍頻效率，相對(duì)于現(xiàn)有的毫米波窄帶二倍頻器，需要設(shè)計(jì)一種新型的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一是電路能實(shí)現(xiàn)輸入的基波(110GHz?162.5GHz)和輸出二次諧波(220GHz?325GHz)的寬帶匹配，二是實(shí)現(xiàn)輸入輸出之間的反向隔離，三是用于倍頻的非