[发明专利]石墨烯奇次谐波倍频器及设计方法

权利要求书

1.一种石墨烯奇次谐波倍频器的设计方法，采用石墨烯奇次谐波倍频器，所述石墨烯奇次谐波倍频器包括腔体组件和盖板，所述腔体组件包括腔体和分别位于腔体两端的输入同轴接头和输出同轴接头，其特征在于：还包括石墨烯倍频器高频基片；

所述石墨烯倍频器高频基片包括高频介质基片、设置在高频介质基片上的输入反射网络、石墨烯和输出反射网络，所述输入反射网络和输出反射网络分别位于石墨烯的前端和后端；

设输出信号为基波f₀，倍频次数为N，其中倍频后的输出信号为Nf₀，需回收的信号频率分量为(2n+1)f₀，其中n＝1，2，3，4…且(2n+1)≠N；

所述输入反射网络对f₀为匹配状态，对需回收的信号频率分量为接地状态；

所述输出反射网络对Nf₀为匹配状态，对基波和需回收的谐波分量为全反射状态，所述全反射为将基波和需回收的谐波分量经石墨烯反射回输入反射网络；

所述输入反射网络和输出反射网络采用50欧姆微带线并联高低阻抗谐振回路的方式实现谐波分量反射回收；

石墨烯奇次谐波倍频器的设计方法包括以下步骤：

(1)根据输入信号和倍频次数确定回收的信号频率分量；其中输入信号为基波f₀，倍频次数为N，其中倍频后的输出信号为Nf₀，需回收的信号频率分量为(2n+1)f₀，其中n＝1，2，3，4…且(2n+1)≠N；

(2)设计输入反射网络和输出反射网络；

所述输入反射网络对f₀为匹配状态，对需回收的信号频率分量为接地状态；

所述输出反射网络对Nf₀为匹配状态，对基波和需回收的谐波分量为全反射状态，所述全反射为将基波和需回收的谐波分量经石墨烯反射回输入反射网络；

(3)根据步骤(2)中的输出反射网络、输入反射网络，设计带有石墨烯倍频器高频基片的石墨烯倍频器；

(4)石墨烯倍频器工作

(41)外接激励信号源，产生基波f₀，所述基波f₀经输入反射网络第一次激励石墨烯后，在石墨烯后端产生基波和奇次谐波分量，所述奇次谐波分量包括输出信号Nf₀、和需回收的信号频率分量(2n+1)f₀，其中n＝1，2，3，4…且(2n+1)≠N；

(42)输出反射网络将输出信号Nf₀匹配输出，将基波和需回收的谐波分量经石墨烯全反射回石墨烯的前端；

(43)需回收的信号频率分量经输入反射网络接地，基波被反射回石墨烯的前端而经过石墨烯时，第二次激励石墨烯并再次在石墨烯后端产生奇次谐波分量，基波本身继续向前经激励信号源接地；

(44)第二次激励产生的奇次谐波分量重复步骤(42)，再次匹配输出一输出信号Nf₀；

(45)将两次产生的Nf₀进行叠加合成输出。

2.根据权利要求1所述的石墨烯奇次谐波倍频器的设计方法，其特征在于：高低阻抗谐振回路中，采用高阻抗微带线和低阻抗微带线等效谐振回路，其等效方法如下：

设有一段长度为l，l小于波长，特性阻抗为Z₀的传输线，其终端接负载Z_L，则输入阻抗Z_in为：

其中k为传播常数；

当高阻线负载为低阻时，即Z_L＜＜Z₀，则式(1)写为：

Z_in≈Z_L+jZ₀tan kl≈Z_L+jωL₀l (2)

其中ω为角频率，ω＝2πf，f为传输线上传输信号的工作频率，L₀为单位长度的等效电感，其中L₀l为高阻抗微带线的等效电感；

当低阻线负载为高阻时，即Z_L＞＞Z₀，则式(1)写为：

其中C₀为单位长度的等效电容，C₀l为低阻抗微带线等效的等效电容。

3.根据权利要求1所述的石墨烯奇次谐波倍频器的设计方法，其特征在于：所述N＝3或5。