一种太赫兹多管芯倍频器及电子设备

摘要

本发明涉及太赫兹通信技术领域，尤其是涉及一种太赫兹多管芯倍频器及电子设备，包括沿信号传输方向依次连接的输入波导、倍频电路模块和输出波导，所述倍频电路模块包括第一倍频电路和第二倍频电路，第一倍频电路和第二倍频电路至少部分电路不相同，第一倍频电路、第二倍频电路的匹配微带配合实现倍频电路模块的阻抗匹配。本发明通过让两层倍频电路不一致，使得两层倍频电路的电场和磁场均存在差异，打破了之前的平衡，然后从整个倍频电路模块进行多维度参数匹配，致使两层倍频电路之间电路能量存在交互，产生正向耦合效应，使得传输损耗降低，输出功率增加，实现太赫兹多管芯倍频器的倍频效率的提升。

权利要求

1.一种太赫兹多管芯倍频器，包括沿信号传输方向依次连接的输入波导、倍频电路模块和输出波导，所述倍频电路模块包括第一倍频电路，以及位于第一倍频电路下方的第二倍频电路，第一倍频电路的信号输入端、第二倍频电路的信号输入端分别位于输入波导的波导腔内，第一倍频电路的信号输出端、第二倍频电路的信号输出端分别位于输出波导的波导腔内，其特征在于，第一倍频电路和第二倍频电路至少部分电路不相同，第一倍频电路的匹配微带和第二倍频电路的匹配微带配合实现倍频电路模块的阻抗匹配。

2.如权利要求1所述的太赫兹多管芯倍频器，其特征在于，所述第一倍频电路和第二倍频电路平行设置。

3.如权利要求1所述的太赫兹多管芯倍频器，其特征在于，所述第一倍频电路包括依次连接的第一匹配微带、第一输出悬置微带、第一波导探针过渡结构，第一倍频电路还包括多个对称设置在第一匹配微带中轴线两侧的第一肖特基二极管；

所述第二倍频电路包括依次连接的第二匹配微带、第二输出悬置微带、第二波导探针过渡结构，第二倍频电路还包括多个对称设置在第二匹配微带中轴线两侧的第二肖特基二极管；

第一匹配微带和第二匹配微带之间，第一输出悬置微带和第二输出悬置微带之间，第一波导探针过渡结构和第二波导探针过渡结构之间，以及第一肖特基二极管和第二肖特基二极管之间中至少一者不相同。

4.如权利要求1 3任意一项所述的太赫兹多管芯倍频器，其特征在于，所述第一倍频电~路包括用于防止二次谐波泄露的第一滤波器，第二倍频电路包括用于防止二次谐波泄露的第二滤波器。

5.如权利要求4所述的太赫兹多管芯倍频器，其特征在于，所述倍频电路模块包括与第一滤波器连接的第一馈电端口，以及与第二滤波器连接的第二馈电端口。

6.如权利要求1 3任意一项所述的太赫兹多管芯倍频器，其特征在于，所述输入波导的~波导腔和输出波导的波导腔分别为矩形波导腔。

7.如权利要求6所述的太赫兹多管芯倍频器，其特征在于，所述第一倍频电路靠近矩形波导腔窄边对应的上波导壁设置，第二倍频电路靠近矩形波导腔窄边对应的下波导壁设置。

8.如权利要求1 3任意一项所述的太赫兹多管芯倍频器，其特征在于，所述太赫兹多管~芯倍频器还包括输入减高波导和输出减高波导，所述输入波导、输入减高波导、倍频电路模块、输出减高波导和输出波导沿信号传输方向依次连接。

9.如权利要求1 3任意一项所述的太赫兹多管芯倍频器，其特征在于，所述第一倍频电~路和第二倍频电路分别通过介质基板支撑。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1 9任意一项所述的太赫兹多管芯倍频~器。

说明书

一种太赫兹多管芯倍频器及电子设备

技术领域

[0001] 本发明涉及太赫兹通信技术领域，尤其是涉及一种太赫兹多管芯倍频器及电子设备。

背景技术

[0002] 太赫兹(Terahertz,THz)波是一种介于光子学与电子学之间的新型电磁波谱，通常指频率位于0.1THz～10THz之内的电磁辐射。近年来，太赫兹技术发展迅速，在雷达系统、通信系统、成像等技术领域具有潜在的应用前景。而太赫兹载波的产生无疑是太赫兹技术中的一个关键核心器件，由于太赫兹倍频器提供的载波信号具有高频稳定性好、工作频段宽等优点，所以太赫兹倍频器成为了获取太赫兹载波的常用途径。

[0003] 在现有的平衡式太赫兹倍频器领域中，在需要拓展其倍频效率时，双层基板空间功率合成倍频器的设计方案是拓展倍频效率的一个重要方向。双层基板空间功率合成倍频器是由两个集成电路沿单个传输波导的E面对称放置组成，现有技术中，一般是将已经设计好的两个相同的单基板倍频电路空间对称分布在传输波导的上、下腔体中，上、下层单基板倍频电路分别独自处于一个平衡的状态，各自传输模式都为准TEM模式，与传统的波导倍频器相比，该方案使最大持续输入功率增加了2倍，但在上、下层单基板倍频电路在信号传输过程中传输损耗没有发生改变，且最终现有双层电路结构对倍频器倍频效率的提升效果不佳。

发明内容

[0004] 本申请的目的是提供一种太赫兹多管芯倍频器及电子设备，来解决现有技术中存在的上述技术问题，主要包括以下两个方面：

[0005] 本申请第一方面提供了一种太赫兹多管芯倍频器，包括沿信号传输方向依次连接的输入波导、倍频电路模块和输出波导，所述倍频电路模块包括第一倍频电路，以及位于第一倍频电路下方的第二倍频电路，第一倍频电路的信号输入端、第二倍频电路的信号输入端分别位于输入波导的波导腔内，第一倍频电路的信号输出端、第二倍频电路的信号输出端分别位于输出波导的波导腔内，第一倍频电路和第二倍频电路至少部分电路不相同，第一倍频电路的匹配微带和第二倍频电路的匹配微带配合实现倍频电路模块的阻抗匹配。

[0006] 进一步地，所述第一倍频电路和第二倍频电路平行设置。

[0007] 进一步地，所述第一倍频电路包括依次连接的第一匹配微带、第一输出悬置微带、第一波导探针过渡结构，第一倍频电路还包括多个对称设置在第一匹配微带中轴线两侧的第一肖特基二极管；

[0008] 所述第二倍频电路包括依次连接的第二匹配微带、第二输出悬置微带、第二波导探针过渡结构，第二倍频电路还包括多个对称设置在第二匹配微带中轴线两侧的第二肖特基二极管；

[0009] 第一匹配微带和第二匹配微带之间，第一输出悬置微带和第二输出悬置微带之间，第一波导探针过渡结构和第二波导探针过渡结构之间，以及第一肖特基二极管和第二肖特基二极管之间中至少一者不相同。

[0010] 进一步地，所述第一倍频电路包括用于防止二次谐波泄露的第一滤波器，第二倍频电路包括用于防止二次谐波泄露的第二滤波器。

[0011] 进一步地，所述倍频电路模块包括与第一滤波器连接的第一馈电端口，以及与第二滤波器连接的第二馈电端口。

[0012] 进一步地，所述输入波导的波导腔和输出波导的波导腔分别为矩形波导腔。

[0013] 进一步地，所述第一倍频电路靠近矩形波导腔窄边对应的上波导壁设置，第二倍频电路靠近矩形波导腔窄边对应的下波导壁设置。

[0014] 进一步地，所述太赫兹多管芯倍频器还包括输入减高波导和输出减高波导，所述输入波导、输入减高波导、倍频电路模块、输出减高波导和输出波导沿信号传输方向依次连接。

[0015] 进一步地，所述第一倍频电路和第二倍频电路分别通过介质基板支撑。

[0016] 本申请第二方面提供了一种电子设备，包括上述太赫兹多管芯倍频器。

[0017] 本发明相对于现有技术至少具有如下技术效果：

[0018] 本发明一种太赫兹多管芯倍频器及电子设备，通过让第一倍频电路和第二倍频电路之间部分或全部电路不相同，使得第一倍频电路、第二倍频电路的电场和磁场均存在差异，打破了之前的平衡，然后从整个倍频电路模块进行多维度参数匹配，让第一倍频电路的匹配微带和第二倍频电路的匹配微带共同配合实现倍频电路模块的阻抗匹配，致使两层倍频电路之间电路能量存在交互，促进第一倍频电路和第二倍频电路之间均会产生正向耦合效应，进而使得第一倍频电路和第二倍频电路的传输损耗降低，输出功率增加，实现太赫兹多管芯倍频器的倍频效率的提升；同时，由于采用了两层倍频电路，基于空间拓展增加了倍频器中肖特基二极管的数量，促进倍频器倍频效率和输出功率的提升。

附图说明

[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0020] 图1是实施例1中太赫兹多管芯倍频器的结构示意图；

[0021] 图2是图1中太赫兹多管芯倍频器的主视图；

[0022] 图3是图2中倍频电路模块的结构示意图；

[0023] 图4是第一倍频电路和第二倍频电路的平面电路对比图；

[0024] 图5是多管芯二倍频器与现有双层基板二倍频器的倍频效率对比测试图；

[0025] 图中：

[0026] 10、输入波导；20、输出波导；30、倍频电路模块；310、第一倍频电路；311、第一肖特基二极管；312、第一匹配微带；313、第一输出悬置微带；314、第一波导探针过渡结构；315、第一滤波器；316、第一馈电端口；317、第一接地端；320、第二倍频电路；321、第二肖特基二极管；322、第二匹配微带；323、第二输出悬置微带；324、第二波导探针过渡结构；325、第二滤波器；326、第二馈电端口；327、第二接地端。

具体实施方式

[0027] 以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。

[0028] 为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

[0029] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0030] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0031] 实施例1：

[0032] 本申请实施例提供了一种太赫兹多管芯倍频器，如图1和图2所示，包括沿信号传输方向依次连接的输入波导10、倍频电路模块30和输出波导20，所述倍频电路模块30包括第一倍频电路310，以及位于第一倍频电路310下方的第二倍频电路320，第一倍频电路310的信号输入端、第二倍频电路320的信号输入端分别位于输入波导10的波导腔内，第一倍频电路310的信号输出端、第二倍频电路320的信号输出端分别位于输出波导20的波导腔内，第一倍频电路310和第二倍频电路320至少部分电路不相同，第一倍频电路310的匹配微带和第二倍频电路320的匹配微带配合实现倍频电路模块30的阻抗匹配。

[0033] 现有双层基板倍频器一般是将已经设计好的两个相同的单基板倍频电路空间对称分布在传输波导的上、下腔体中，一方面，由于单基板倍频电路中是独立设计，设计过程中参数匹配维度只从单层电路进行考量，另一方面，当上下两层单基板倍频电路一致时，上、下两层单基板倍频电路分别处于一个对称平衡的状态，各自传输模式都为准TEM模式（微带传输主模式），上、下层单基板倍频电路之间的相互影响很小，各自的传输损耗不变，最终现有双层电路结构对倍频器倍频效率的提升效果也有限；而本实施例通过将第一倍频电路310和第二倍频电路320进行差异化设置，让第一倍频电路310和第二倍频电路320至少部分电路不相同，此时第一倍频电路310和第二倍频电路320仍然都是传输准TEM模式，但各自的电场和磁场已经发生变化，打破了之前的平衡，然后从整个倍频电路模块30进行多维度参数匹配，让第一倍频电路310的匹配微带和第二倍频电路320的匹配微带共同配合实现倍频电路模块30的阻抗匹配，致使两层倍频电路之间电路能量存在交互，在倍频电路模块30中电路不一致的位置以及之后的传输线电路，第一倍频电路310和第二倍频电路320之间均会产生正向耦合效应，使得倍频电路模块30的传输损耗降低，输出功率增加，实现太赫兹多管芯倍频器的倍频效率的有效提升；同时，由于采用了两层倍频电路，基于空间拓展增加了倍频器中肖特基二极管的数量，促进倍频器倍频效率和输出功率的提升。

[0034] 具体地，所述第一倍频电路310和第二倍频电路320平行设置。通过将第一倍频电路310和第二倍频电路320平行设置，使得第一倍频电路310和第二倍频电路320之间的电场能量均匀。

[0035] 在一些实施例中，沿信号传输方向，第一倍频电路310和第二倍频电路320之间的间距均匀渐变，示例性的，沿信号传输方向，第一倍频电路310和第二倍频电路320之间的间距可以选择逐级或逐渐增大，第一倍频电路310和第二倍频电路320之间的间距也可以选择逐级或逐渐减小，也可以将第一倍频电路310和第二倍频电路320之间的间距在局部位置变小，其目的是为了促进第一倍频电路310和第二倍频电路320之间的耦合。

[0036] 具体地，如图3和图4所示，所述第一倍频电路310包括依次连接的第一匹配微带312、第一输出悬置微带313、第一波导探针过渡结构314，第一倍频电路310还包括多个对称设置在第一匹配微带312中轴线两侧的第一肖特基二极管311；

[0037] 所述第二倍频电路320包括依次连接的第二匹配微带322、第二输出悬置微带323、第二波导探针过渡结构324，第二倍频电路320还包括多个对称设置在第二匹配微带322中轴线两侧的第二肖特基二极管321；

[0038] 第一匹配微带312和第二匹配微带322之间，第一输出悬置微带313和第二输出悬置微带323之间，第一波导探针过渡结构314和第二波导探针过渡结构324之间，以及第一肖特基二极管311和第二肖特基二极管321之间中至少一者不相同。

[0039] 第一倍频电路310和第二倍频电路320至少部分电路不相同，可以是肖特基二极管的数量不同，也可以是肖特基二极管的排列方式不同，也可以是输出悬置微带的结构不同，也可以是波导探针过渡结构的不同，还可以是上述不同的结合，如输出悬置微带和波导探针过渡结构均不同，还可以是肖特基二极管、匹配微带、输出悬浮微带等电路单元之间的间距或排布不同；通过让第一倍频电路310和第二倍频电路320之间部分或全部电路不相同，使得第一倍频电路310、第二倍频电路320的电场和磁场均存在差异，打破了之前的平衡，然后从整个倍频电路模块30进行多维度参数匹配，让第一倍频电路310的第一匹配微带312和第二倍频电路320的第二匹配微带322共同配合实现倍频电路模块30的阻抗匹配，致使第一倍频电路310和第二倍频电路320，两层倍频电路之间电路能量存在交互，促进第一倍频电路310和第二倍频电路320之间均会产生正向耦合效应，进而使得第一倍频电路310和第二倍频电路320的传输损耗降低，输出功率增加，实现太赫兹多管芯倍频器的倍频效率的提升。

[0040] 具体地，所述第一倍频电路310包括用于防止二次谐波泄露的第一滤波器315，第二倍频电路320包括用于防止二次谐波泄露的第二滤波器325。优选地，所述第一滤波器315、第二滤波器325分别为微带电路上设计的具有抑制电磁波传播的电路结构。

[0041] 具体地，所述倍频电路模块30包括与第一滤波器315连接的第一馈电端口316，以及与第二滤波器325连接的第二馈电端口326。优选地，所述第一馈电端口316、第二馈电端口326为SMA馈电，第一倍频电路310的SMA馈电和第二倍频电路320的SMA馈电相邻倒置设置。

[0042] 具体地，第一馈电端口316与第一滤波器315金丝键合连接，第二馈电端口326与第二滤波器325金丝键合连接。

[0043] 具体地，所述输入波导10的波导腔和输出波导20的波导腔分别为矩形波导腔。优选地，所述矩形波导腔的腔壁为无氧铜、黄铜或铝。

[0044] 具体地，所述第一倍频电路310靠近矩形波导腔窄边对应的上波导壁设置，第二倍频电路320靠近矩形波导腔窄边对应的下波导壁设置。通过将第一倍频电路310、第二倍频电路320分别靠近窄边对应的波导壁设置，让电场最强的波导宽边中心位置处于第一倍频电路310、第二倍频电路320之间，充分利用波导腔内电场能量。

[0045] 具体地，所述太赫兹多管芯倍频器还包括输入减高波导和输出减高波导，所述输入波导10、输入减高波导、倍频电路模块30、输出减高波导和输出波导20沿信号传输方向依次连接。通过设置输入减高波导，帮助基波能量能够更好的馈入肖特基二极管，而输出减高波导则是为了让第一倍频电路310和第二倍频电路320的信号更好的传输至输出波导20。优选地，所述输入减高波导为三级减高波导，所述输出减高波导为一级减高波导。

[0046] 具体地，所述第一倍频电路310和第二倍频电路320分别通过介质基板支撑。

[0047] 具体地，所述第一倍频电路310、第二倍频电路320分别位于两个介质基板的内侧，即第一倍频电路310位于第一介质基板靠近第二倍频电路320的一侧，第二倍频电路320位于第二介质基板靠近第一倍频电路310的一侧。

[0048] 具体地，所述第一倍频电路310中第一肖特基二极管311、第二倍频电路320中第二肖特基二极管321分别呈“一”字排布。

[0049] 具体地，所述第一肖特基二极管311、第二肖特基二极管321掺杂材料为GaN、GaAs、AlGaN、InGaN、AlGaAs/GaAs、InGaAs或InP。

[0050] 具体地，所述第一肖特基二极管311、第二肖特基二极管321为平面型变容二极管、异质结势垒变容管或平面型变阻二极管。

[0051] 具体地，所述第一肖特基二极管311、第二肖特基二极管321的安装方式分别为倒扣型二极管、分立型二极管、单片二极管中至少一种。

[0052] 具体地，所述第一倍频电路310包括至少两个第一肖特基二极管311，第二倍频电路320包括至少两个第二肖特基二极管321。

[0053] 具体地，所述第一倍频电路310还包括两个对称设置在第一匹配微带312中轴线两侧的第一接地端317，串联的第一肖特基二极管311的一端与第一接地端317连接，串联的第一肖特基二极管311的另一端与第一匹配微带312连接；所述第二倍频电路320还包括两个对称设置在第二匹配微带322中轴线两侧的第二接地端327，串联的第二肖特基二极管321的一端与第二接地端327连接，串联的第二肖特基二极管321的另一端与第二匹配微带322连接。

[0054] 在一些实施例中，选用第一倍频电路310和第二倍频电路320之间仅匹配微带结构不一致，且第一倍频电路310的第一匹配微带312和第二倍频电路320的第二匹配微带322配合实现倍频电路模块30的阻抗匹配的多管芯二倍频器，与现有双层基板二倍频器进行对比测试，如图4所示，多管芯二倍频器中包含十六个肖特基二极管，第一倍频电路310包含八个呈“一”字排布的第一肖特基二极管311，现有双层基板二倍频器中包含十六个肖特基二极管，上、下层基板电路一致，且单层基板电路除了匹配微带不一致，其余电路均与第一倍频电路310相同；测试结果如图5所示，从图5中可以看出，由于多管芯二倍频器中第一倍频电路310和第二倍频电路320之间正向耦合效应，使得多管芯二倍频器的传输损耗降低，输出功率增加，倍频效率较现有双层基板二倍频器有显著提升。

[0055] 实施例2

[0056] 本申请实施例提供了一种电子设备，包括实施例1中的太赫兹多管芯倍频器。

[0057] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。