本發(fā)明涉及太赫茲電路單元組件，特別是一種新型的太赫茲寬帶波導(dǎo)檢波器結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

目前的波導(dǎo)式檢波器的電路結(jié)構(gòu)基本如圖1所示，輸入波導(dǎo)微帶過渡結(jié)構(gòu)、DC偏置結(jié)構(gòu)、輸入匹配電路、二極管、輸出匹配電路、低通濾波器以及輸出SMA接頭。太赫茲信號通過波導(dǎo)微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)耦合到微帶基片電路上，并經(jīng)過輸入阻抗匹配后注入到肖特基二極管進行檢波，最后通過低通濾波提取視頻信號。

這種電路結(jié)構(gòu)形式在通常的毫米波頻段具有較好的效果，但是到了太赫茲波段，其缺陷就會進一步顯現(xiàn)出來。對于太赫茲波段檢波器的設(shè)計，上述結(jié)構(gòu)的缺陷主要有以下幾點：首先，輸入端的偏置結(jié)構(gòu)會極大減少帶寬，并且在實際電路基片裝配時容易引入額外的誤差，偏置接地處的金絲跳線的裝配誤差還可能導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的輸出阻抗變化，以至于檢波器中的匹配電路效果變差，從而降低檢波效率；其次，由于在太赫茲波段傳輸線的損耗相當大，主體電路結(jié)構(gòu)的路徑損耗和電路的長度是成正比的。而輸入輸出匹配電路會極大地增加電路基片的長度，會造成更多的路徑損耗；最后，這種電路結(jié)構(gòu)對二極管后端的低通濾波結(jié)構(gòu)要求十分高，不合適的低通濾波器結(jié)構(gòu)會使得二極管輸入輸出端阻抗的互相牽引，從而輸入阻抗受到二極管輸出端的影響，極易降低二極管輸入匹配電路的有效性，這也使得此類電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計仿真結(jié)果與實測結(jié)果差距很大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提出了一種新型的太赫茲寬帶波導(dǎo)檢波器結(jié)構(gòu)，具有寬帶和快速響應(yīng)的能力。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種新型的太赫茲寬帶波導(dǎo)檢波器結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括波導(dǎo)輸入阻抗匹配段、波導(dǎo)的腔體內(nèi)基片電路、接地二極管以及低通濾波器，作為輸入的波導(dǎo)輸入阻抗匹配段連接腔體內(nèi)基片電路，腔體內(nèi)基片電路連接接地二極管，接地二極管的輸出端連接低通濾波器，低通濾波器作為輸出，該結(jié)構(gòu)極大地簡化了整個檢波器電路，省卻了傳統(tǒng)電路所必須的匹配電路，高抑制度要求的LPF等，使得電路基片的長度有了很大的減小。

所述接地二極管位于距離波導(dǎo)終端短路面1/4波長處，目的是使得接地二極管處的電場最強而獲得最佳的檢波效果。

波導(dǎo)的TE10模式經(jīng)過二極管后在腔體內(nèi)基片電路上的電場模式的變化將會增大輸入輸出端對射頻信號的隔離度，也可以通過根據(jù)TEmn或TMmn模式的截止頻率公式，減小輸入波導(dǎo)的寬度b，可以提升波導(dǎo)相關(guān)高次模的截止頻率，來實現(xiàn)對TM11模式的抑制以減少反射的信號。另外，后端低通濾波器所處的屏蔽微帶線腔也對射頻信號有較高的抑制作用。這種高的抑制作用將會使得濾波器等結(jié)構(gòu)對前端的波導(dǎo)匹配結(jié)構(gòu)影響降到很小。

所述TE_mn或TM_mn模式的截止頻率公式為：

，

其中，其中，a、b表示輸入波導(dǎo)的截面尺寸，m、n表示模式序號，f_cmn表示TE_mn或TM_mn模式的截止頻率。

所述波導(dǎo)輸入阻抗匹配段呈階梯狀，需采用高階多節(jié)波導(dǎo)來實現(xiàn)寬頻帶范圍的阻抗匹配，提高檢波器工作帶寬。

所述腔體內(nèi)基片電路的底面不鍍金。通常屏蔽腔中的微帶線需要背面鍍金以保證微帶線接地端的效果，而所述腔體內(nèi)基片電路底面不能鍍金，以保證射頻信號灌入接地二極管。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)省略了傳統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)通過波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)耦合電磁能量到微帶上的方式，采用的是接地二極管在波導(dǎo)腔中完成檢波過程的方式，極大地簡化了整個檢波器電路，使得電路基片的長度有了很大的減小，能夠較大地提高檢波器的寬帶性能并且減小仿真難度；本發(fā)明電路前后的電場模式變化將會增大輸入輸出端對射頻信號的隔離度，極大地降低了電路前后兩部分阻抗的牽引關(guān)系，并且也可以通過減小輸入波導(dǎo)的寬度來實現(xiàn)對TM11模式的抑制以減少反射的信號；另外，后端低通濾波器所處的屏蔽微帶線腔也對射頻信號有較高的抑制作用。這種高的抑制作用將會使得濾波器等結(jié)構(gòu)對前端的波導(dǎo)匹配結(jié)構(gòu)影響降到很小。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)波導(dǎo)式檢波器的通用結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的電路基片示意圖；

圖4為傳統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)的340GHz檢波器示意圖；

圖5為本發(fā)明的340GHz檢波器示意圖；

圖6為本發(fā)明的檢波靈敏度（高靈敏度）曲線圖；

圖7為本發(fā)明的檢波靈敏度（寬帶）曲線圖。

具體實施方式

如圖2所示，一種新型的太赫茲寬帶波導(dǎo)檢波器結(jié)構(gòu)，包括波導(dǎo)輸入阻抗匹配段、波導(dǎo)的腔體內(nèi)基片電路、接地二極管以及輸出的低通濾波器，極大地簡化了整個檢波器電路，使得電路基片的長度有了很大的減小。

所述接地二極管位于距離波導(dǎo)終端短路面1/4波長處，目的是使得接地二極管處的電場最強而獲得最佳的檢波效果。

波導(dǎo)的TE₁₀模式經(jīng)過接地二極管后在電路基片上的電場方向變得如圖2所示。這種電場模式的變化將會增大輸入輸出端對射頻信號的隔離度，也可以通過減小輸入波導(dǎo)的寬度來實現(xiàn)對TM₁₁模式的抑制以減少反射的信號。另外，后端低通濾波器所處的屏蔽微帶線腔也對射頻信號有較高的抑制作用。這種高的抑制作用將會使得濾波器等結(jié)構(gòu)對前端的波導(dǎo)匹配結(jié)構(gòu)影響降到很小。本發(fā)明的檢波靈敏度的高靈敏度如圖6所示，檢波靈敏度（寬度）如圖7所示。

所述腔體內(nèi)基片電路的底面不鍍金。

以340GHz的零偏置波導(dǎo)式檢波器為例。

如圖4所示，為傳統(tǒng)形式檢波器電路，其中，電路基片寬度為0.25mm，長度為2.8mm。

如圖5所示，為本發(fā)明的新型檢波器電路結(jié)構(gòu)，其中，電路基片寬度為0.33mm，長度為1.26mm。

通過圖4-5對比設(shè)計的340GHz檢波器可以看出，具有更為理想的長寬比，有利于電路基片的加工和切片。在實現(xiàn)接地二極管阻抗良好匹配的前提下，兩種結(jié)構(gòu)電路基片的總長度分別為：2.8mm和1.26mm，圖5中的電路基片遠遠短于圖4中的基片，極大地縮短了電路基片的長度，使檢波器電路結(jié)構(gòu)更加緊湊，也因此能夠極大地減少了傳輸損耗，提高檢波效率和靈敏度；另外，由于該結(jié)構(gòu)兩端口間的高隔離度，使得后端電路的阻抗對接地二極管輸入匹配的牽引很小，保證了匹配的有效性；最后，該結(jié)構(gòu)可以通過優(yōu)化波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來進行阻抗匹配，能夠輕松地設(shè)計出寬帶、窄帶等多種要求的檢波器。