20GHz-325GHz外加偏置寬帶高效二倍頻的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及測試技術領域，特別涉及20GHZ-325GHZ外加偏置寬帶高效二倍頻。
【背景技術】
[0002]220GHz-325GHz寬帶固態大功率信號發生，一直是220GHz?325GHz信號源、矢量網絡分析儀、天線/RCS測試系統等測試設備重點解決的問題，與220GHz-325GHz倍頻器的倍頻效率、壓縮點和驅動功率息息相關，提高倍頻器的壓縮點，增加倍頻器的驅動功率，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倍頻器無論三次還是二次都難以產生寬帶毫米波大功率驅動，因此，提高220GHz-325GHz倍頻器的效率，是提高220GHz_325GHz頻段固態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小、倍頻效率高，同時二倍頻電路相對于三倍頻電路可以增加偏置電路，用于調節非線性器件(變阻二極管/變容二極管)的工作點，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方面的問題，目前給出的基于介質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，整體結構主要由上腔、板片和下腔三部分組成，板片用來與下腔寬邊上的脊，一起構成不平衡至平衡的轉換結構和脊波導，上腔用于配合下腔形成波導，同時通過調節其開槽的長度，調節倍頻器的帶寬；該倍頻器工作時，首先通過一條多曲線擬合為漸變函數的脊，將llOGHz-162.5GHz頻段范圍的基波等幅反向的傳輸至串聯二極管處，經二極管對整流產生偶次諧波，其中二次諧波經過脊波導傳輸至1_標準波導口(WR3.4)輸出。
[0006]該倍頻器采用全金屬結構的電路構成，機械加工難度大，同時精度要求高，實現起來比較困難，同時該電路無直流偏置，對llOGHz-162.5GHz頻段的基波輸出功率要求高，因為llOGHz-162.5GHz頻段無相應的寬帶功率放大器。
[0007]現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構的二倍頻電路。基于基片的二倍頻電路，難以實現220GHz-325GHz全波導帶寬內的高效倍頻，而基于全金屬結構的二倍頻電路能在220GHz-325GHz全波導帶寬內實現高效率倍頻，但其難以增加偏置電路，對倍頻器的輸入功率要求較高，同時其電路結構復雜、加工精度要求高，因此加工實現難度大。
【發明內容】
[0008]本發明提出了 20GHz-325GHz外加偏置寬帶高效二倍頻，不但可以實現220GHz-325GHz全波導帶寬，同時具有較高的效率，突破了現有的基于介質的二倍頻電路帶寬和效率不可兼顧的問題，同時解決了全金屬結構220GHz-325GHz 二倍頻電路無法增加直流偏置電路，以及電路結構復雜、實現難度大的難題。
[0009]本發明在220GHz-325GHz整個波導帶寬內實現二次高效倍頻，通過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工作點，降低對倍頻器輸入功率的要求，提高倍頻器的效率，利用圓環諧振器配合環間連接電感和互耦電容，以較小的電路尺寸實現倍頻器輸入信號諧波的寬帶濾波。
[0010]本發明的技術方案是這樣實現的:
[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濾波器構成直流偏置和倍頻器輸出和輸入的雙工器，寬帶雙圓環濾波器配合波導探針濾波的同時進行匹配，基波輸入采用脊波導實現輸入基波的平衡結構，配合二極管的寄生參數完成輸入基波的匹配，同時在輸入脊波導處增加一個單面鍍金的介質板片，該介質板片無鍍金的一面直接與脊波導接觸。
[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，輸入波導接口形式為WR6.5，輸出波導接口形式為WR3.4 ;
[0013]上腔體1和下腔體2配合，一方面構建波導傳輸線，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，上腔體中輸入波導組件上102配合下腔體2中的輸入波導組件下204形成倍頻器輸入波導接口，接口形式為WR6.5 ;
[0015]上腔體1中的輸出波導組件上103配合下腔體2中的輸出波導組件下205形成倍頻器的輸出波導接口，接口形式為WR3.4 ;
[0016]上腔體1中的輸入等高漸變波導組件上104配合下腔體2中的輸入等高漸變波導組件下208形成輸入端的等高漸變波導；
[0017]上腔體1中的輸出等高漸變波導組件上105配合下腔體2中的輸出等高漸變波導組件下207形成倍頻器輸出端的等高漸變波導。
[0018]可選地，倍頻器輸入波導接口、輸出波導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，相對于波導接口平面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401、反向串聯二極管402、輸入基波信號匹配單元403、寬帶雙圓環濾波器404、輸出信號匹配單元405、輸出信號探針406、偏置電路低通濾波器407和單面鍍金的介質板408。
[0021]可選地，平衡式脊波導401采用平衡式對脊線，將等幅反向的場加到二極管402處，實現輸入基波信號的寬頻帶匹配和基波二次諧波共面波導場模式轉變成微帶場模式。
[0022]可選地，輸入基波信號匹配單元403，實現寬帶雙圓環濾波器404與二極管402寬頻帶匹配。
[0023]可選地，寬帶雙圓環濾波器404的通帶為220GHz-325GHz，一方面用于220GHz-325GHz帶外雜散的抑制，同時將輸入的基波信號反射到二極管處重新參與倍頻。
[0024]可選地，單面鍍金介質板片408用于220GHz-325GHz信號單向傳輸。
[0025]本發明的有益效果是:
[0026](1)本發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，彌補了現在的全金屬結構220GHz-325GHz倍頻器的缺陷，有效的改善了倍頻器的靜態工作點，提高了倍頻器效率。
[0027](2)本發明提出的毫米波二倍頻器采用小尺寸雙環濾波器，相對于現有的倍頻電路，電路尺寸小插損小，同時帶寬寬。
[0028](3)本發明提出的毫米波二倍頻器采用平衡對鰭線實現基波(110GHZ-170GHZ)輸入和基波二次諧波(220GHz-325GHz)諧波輸出的寬頻帶匹配，同時實現基波二次諧波(220GHz-325GHz)諧波輸出共面線至微帶線模式的轉換，相對于現有的二倍頻電路采用的模式轉換電路和匹配電路，帶寬寬和傳輸損耗小，有效的解決了帶寬和效率雙重問題。
[0029](4)本發明提出的毫米波二倍頻器，通過在輸入端脊波導處增加一個單面傳輸的介質板片，改善倍頻器寬帶匹配，同時保證220GHz-325GHz信號單向傳輸，提高倍頻器的效率。
【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1為現有的1mm 二倍頻器的整體結構圖；
[0032]圖2為本發明220GHz-325GHz 二倍頻器的整體結構圖；
[0033]圖3為本發明220GHz-325GHz 二倍頻器的上腔體結構圖；
[0034]圖4為本發明1mm 二倍頻器的整體結構圖；
[0035]圖5為本發明1mm 二倍頻器的分離結構圖。
【具體實施方式】
[0036]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0037]220GHz?325GHz頻段固態倍頻源由于具有體積小、價格低廉、易于集成及使用壽命長等優點，已成為很多系統的首選，特別是220GHz?325GHz頻段的測試儀器。如何實現220GHz?325GHz頻段寬帶高效大功率信號的發生，直接決定了 220GHz?325GHz頻段信號源、矢量網絡分析儀和天線/RCS測試系統端口功率和動態范圍等關鍵性能指標。提高220GHz?325GHz頻段輸出功率需要解決的核心問題，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，同時由于倍頻次數較低，具有較高的倍頻效率，是固態倍頻器的首選。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，相對于現有的毫米波窄帶二倍頻器，需要設計一種新型的電路拓撲結構，一是電路能實現輸入的基波(110GHz?162.5GHz)和輸出二次諧波(220GHz?325GHz)的寬帶匹配，二是實現輸入輸出之間的反向隔離，三是用于倍頻的非