一種340GHz八次諧波混頻器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及混頻器，具體為一種340GHz八次諧波混頻器。
【背景技術】
[0002]太赫茲(THz)波或稱為太赫茲(THz)射線是從上個世紀80年代中后期，才被正式命名的，在此以前科學家們統稱為遠紅外射線。太赫茲波是指頻率在0.1?1THz之間的電磁波，在電磁波譜上位于微波和紅外線之間，它的長波段與毫米波(亞毫米波)相重合，其發展主要依靠電子學科學技術；而它的短波段與紅外線相重合，其發展主要依靠光子學科學技術，可見太赫茲波是宏觀電子學向微觀光子學過渡的頻段，在電磁波頻譜中占有很特殊的位置。但長期以來由于缺乏有效的太赫茲輻射產生和檢測方法，導致太赫茲頻段的電磁波未得到充分的研究和應用，被稱為電磁波譜中的“太赫茲空隙”。
[0003]THz科學技術綜合了電子學與光子學的特色，涉及物理學、化學、光學、材料科學、微波毫米波電子學等學科，是一個典型的交叉前沿科學。在太赫茲通信、雷達、電子對抗、天文觀測等應用系統中，所遇到的首要問題便是如何實現太赫茲信號的頻率變換。超外差接收機的主要應用是實現頻譜的向下搬移，即將較高頻率的太赫茲信號經過非線性器件變換至較低頻率的中頻信號。混頻器作為超外差接收機中的核心部件，其性能指標很大程度上決定了整個接收機系統的性能，因此太赫茲混頻器對太赫茲接收機來講至關重要。在太赫茲頻段，由于基波混頻器或分諧波混頻器需要的高性能本振源成本高，技術難度大，使得其應用受到了限制。如何設計高性能、高可靠性的太赫茲諧波混頻器是一個非常重要的課題，多年來一直是人們研究和探索的熱門方向。
[0004]太赫茲諧波混頻器的核心器件是混頻管。目前可實現太赫茲頻段混頻的混頻管有肖特基二極管，SIS (超導體-絕緣體-超導體)混頻管，以及HEB (熱電子測熱輻射)混頻管。后兩者均要求液氦實現低溫工作環境，限制了其實際應用。因此，基于肖特基二極管的太赫茲波混頻技術成為主流。
[0005]目前基于肖特基勢皇二極管的低噪聲太赫茲混頻器主要采用基波混頻或者分諧波混頻器的設計形式，即本振頻率與射頻頻率相同，或者本振頻率是射頻頻率的二分之一，在340GHz這一通信頻段已報道的也幾乎都是分諧波形式的混頻器，其電路主要包括射頻輸入、二極管及其匹配電路、射頻抑制濾波器、本振輸入、中頻濾波器、中頻輸出等。主體電路印制在一整塊石英或砷化鎵基片上，電路中的濾波器往往采用最簡單的階躍阻抗變換的形式，這種結構的濾波器長度較長，使整體電路變長；針對該問題，現有公開采用兩塊以上基片相互連接形成整體電路的形式來降低加工難度，一般是使用另一塊石英基片完成中頻濾波器電路然后與其余電路連接，或者直接取消中頻濾波器直接由單獨基片引出中頻信號，但是由于加工工藝等限制整體電路往往全部采用微帶線的形式，在高頻頻段微帶線的損耗對信號的影響就變得很大，且后者還存在對本振及其他諧波抑制差的問題。同時，使用上述混頻器都需要有一個工作于太赫茲頻段的性能優良的本振信號源，但目前比較成熟的信號源大都在W波段以下，很難滿足太赫茲混頻器對本振的要求，所以需另外自行設計相應的本振信號發生裝置。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于針對現有技術的缺陷提供一種340GHz八次諧波混頻器，其特征在于:
[0007]包括射頻輸入波導、射頻波導-懸置微帶過渡結構、二極管、射頻抑制低通濾波器、懸置微帶-微帶互聯結構、中頻濾波器、本振波導-微帶過渡結構、本振輸入波導；射頻信號由射頻輸入波導輸入，經過射頻波導-懸置微帶過渡結構耦合饋入二極管；所述中頻濾波器、本振波導-微帶過渡結構、本振輸入波導共同構成本振-中頻雙工器，本振信號由本振輸入波導輸入，依次經過雙工器、懸置微帶-微帶互聯結構、射頻抑制低通濾波器后饋入二極管，所述二極管內對射頻信號與本振信號進行混頻并輸出混頻信號；所述射頻波導-懸置微帶過渡結構、二極管和射頻抑制低通濾波器電路為懸置微帶線結構、采用石英基板，所述中頻濾波器和本振波導-微帶過渡結構為微帶線結構、采用聚四氟乙烯基板，所述懸置微帶-微帶互聯結構采用跳金絲或者粘貼金帶的形式連接所述石英基板與聚四氟乙稀基板。
[0008]本發明中，所述二極管為反向并聯肖特基二極管對。
[0009]所述射頻抑制低通濾波器采用工字型CMRC濾波器。
[0010]所述射頻波導-懸置微帶過渡結構包括減高波導、探針、波導短路面、直流接地端及懸置微帶線信號輸出端口，其中，減高波導與射頻輸入波導連接，減高波導、探針和波導短路面共同構成波導與懸置微帶轉換結構，而直流接地端則是中頻接地端。
[0011]本發明為射頻端工作于340GHz八次諧波混頻器，本發明采用八次諧波混頻形式，該混頻器本振頻率僅為射頻頻率的八分之一，大大降低了本振頻率，使得工作中無需另外設計本振源；本發明中采用CMRC形式低通濾波器，能夠有效減小了電路尺寸；同時，本發明采用懸置微帶線和微帶線結合的結構，通過互聯結構連接，連接簡單便于裝配、且增加了裝配時的機械強度；單獨的基片較短，降低加工難度；低頻端能夠采用較廉價的聚四氟乙烯基片，成本低、加工難度小。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明340GHz八次諧波混頻器結構示意圖，其中，I為射頻輸入波導、2為射頻波導-懸置微帶過渡結構、3為二極管、4為射頻抑制低通濾波器、5為懸置微帶-微帶互聯結構、6為中頻濾波器、7為本振波導-微帶過渡結構、8為本振輸入波導。
[0013]圖2為本發明表面通道型平面肖特基反向并聯二極管對模型示意圖。
[0014]圖3為本發明射頻端波導-懸置微帶過渡結構示意圖，其中，2-1為減高波導、2-2為探針、2-3為波導短路面、2-4為直流接地端、2-5為懸置微帶線信號輸出端口。
[0015]圖4為本發明射頻抑制低通濾波器及懸置微帶-微帶互聯結構示意圖。
[0016]圖5為本發明射頻本振-中頻雙工器結構示意圖。
[0017]圖6為本發明提供340GHz八次諧波混頻器腔體結構示意圖。
[0018]圖7為本發明實施例中混頻器的變頻損耗仿真曲線。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0020]本實施例中，一種340GHz八次諧波混頻器，其結構如圖1所示，包括WR-2.8射頻輸入波導1，射頻波導-懸置微帶過渡結構2，二極管及其匹配電路3，射頻抑制低通濾波器4，懸置微帶-微帶互聯結構5，中頻濾波器6，本振波導-微帶過渡結構7，Q波段本振輸入波導8。其中，射頻波導-懸置微帶過渡結構2，二極管及其匹配電路3，射頻抑制低通濾波器4部分電路采用石英基板，懸置微帶線結構；中頻濾波器6，本振波導-微帶過渡結構7部分采用ROgers5880基片，微帶線結構；而兩種基片通過互聯結構5，由跳金絲或者粘貼金帶的形式連接。其中，石英部分尺寸為1.8mmX0.28mm，Rogers5880部分的最大處尺寸為6.6mmX6mm。射頻信號由WR2.8波導I輸入，經過波導-懸置微帶過渡結構2耦合到懸置微帶線上，通過過渡很好的饋入反向并聯肖特基二極管對上；中頻濾波器6，波導-微帶過渡結構7，Q波段波導8共同構成了本振-中頻雙工器，本振信號經過雙工器，互聯結構5，射頻抑制濾波器4和匹配電路饋入二極管對；在管對內射頻信號和本振信號進行混頻，產生各種混頻頻率，所述混頻信號向二極管對兩端輸出，射頻端由于存在波導，射頻以下頻率無法通過，而比射頻頻率高的信號能量低，對電路影響小；向雙工器端輸出的各種頻率信號經過射頻抑制濾波器，射頻信號被反射回二極管對繼續混頻，低于射頻頻率的信號可以通過，于