[发明专利]基于雪崩二极管的毫米波及太赫兹十六次谐波混频器

说明书

技术领域

本发明涉及毫米波技术领域，尤其涉及一种基于雪崩二极管的毫米波及太赫兹十六次谐波混频器。

背景技术

在毫米波及太赫兹频段，应用于接收和发射设备中的肖特基二极管二次或四次谐波混频器，其本振激励信号频率仍然较高，同时变频损耗较大。倘若利用更高次数的谐波进行混频，变频损耗则增加得很大。P.A.Rolland在IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,24(11),pp.768-775,1976名为“Newmodesofoperationforavalanchediodesfrequencymultiplicationandup-conversion”的文献中提出了一种利用雪崩二极管产生的谐波实现倍频和上变频的理论，并在设计实例中给出了一个Ka波段雪崩二级管上变频器的结果，但没有给出利用雪崩二极管实现高次谐波混频的普遍性设计方法。

本发明的发明人在ProgressInElectromagneticsResearchLetters,No.36:，pp.77-86，2013名为“Compactlowpassfilterwithwidestopbandusingnoveldouble-foldedSCMRCstructurewithparallelopen-endedstub”文献中提出过一种基于双折叠微带紧凑谐振单元(DCMRC)的结构，该结构具有良好的滤波效果，并且寄生通带远离工作频率。双折叠微带紧凑谐振单元(DCMRC)电路尺寸小，并且可以作为准集成组件灵活地运用在电路中，但在该文献中没有提出过如何将它应用在毫米波及太赫兹频段的雪崩二极管谐波混频器中。

采用现有技术的二次或四次肖特基二极管谐波混频器，制造成本和使用成本都较高，所以在目前毫米波通信日益广泛的形式下，现有技术的混频器已难以满足用户降低成本的要求。

发明内容

本发明旨在提供一种基于雪崩二极管的毫米波及太赫兹十六次谐波混频器，可在毫米波及太赫兹频段使用的，能够取代现有技术的二次或四次肖特基二极管谐波混频器，进一步有效降低本振信号的工作频率，实现低变频损耗及低成本。

为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：

本发明公开的基于雪崩二极管的毫米波及太赫兹十六次谐波混频器，其射频信号依次通过单面鳍线、共面波导输入，所述共面波导的输出端通过金带A连接雪崩二极管D的管芯，所述雪崩二极管D的管芯还通过金带B连接线性渐变低阻抗传输线的大端，所述线性渐变低阻抗传输线的小端通过微带传输线连接双折叠微带紧凑谐振单元A的一端，本振输入端连接三平行耦合线隔直器输入端，所述三平行耦合线隔直器的一个分支连接双折叠微带紧凑谐振单元A的另一端，其另一个分支通过微带高阻线连接双折叠微带紧凑谐振单元B的一端，所述双折叠微带紧凑谐振单元B的另一端通过扼流电感L连接直流偏置电路，还通过隔直电容C连接中频输出端，所述雪崩二极管的管芯D的阳极连接信号地GND。通过调节线性渐变低阻线的长度和双折叠微带紧凑谐振单元A与雪崩二极管D之间的距离，可以实现传输线与雪崩二极管之间的良好匹配；同时双折叠微带紧凑谐振单元A可对本振信号激励雪崩二极管D产生的高次谐波闲频形成电抗性负载，对高次谐波闲频形成抑制反射作用，同时也可提高本振和射频端口的隔离度。

进一步的，所述双折叠微带紧凑谐振单元A和双折叠微带紧凑谐振单元B相互平行。调整中频电路中的双折叠微带紧凑谐振单元B与本振电路中的双折叠微带紧凑谐振单元A之间的横向距离和纵向距离，能够使双折叠微带紧凑谐振单元B也对高次谐波闲频形成电抗性负载，最大程度的对高次谐波闲频形成抑制反射作用，同时也可提高中频和射频端口的隔离度。

优选的，所述扼流电感L为微带贴片电感，所述隔直电容C为微带贴片电容。

本发明能够最大限度的抑制空闲谐波频率，有效回收利用空闲谐波频率能量，降低变频损耗，其结果是使雪崩管十六次谐波混频器的最小变频损耗为15dB，达到了肖特基二极管四次谐波混频器的性能。

同时，由于本发明混频器的本振工作频率只有基波混频器的1/16，从而使本振的工作频率大大降低，性能大大提高，成本有效降低。因此可用于毫米波及太赫兹频段的发射或接收设备中，例如工作于94GHz频率附近的高速无线通信系统和直升机防撞系统等。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是双折叠微带紧凑谐振单元的结构图。

图3是双折叠微带紧凑谐振单元的典型传输特性图。