[发明专利]基于直流偏置下的石墨烯偶次谐波倍频器及设计方法

权利要求书

1.一种基于直流偏置下的石墨烯偶次谐波倍频器，包括腔体，腔体两端设有信号输入端和信号输出端，腔体内的石墨烯倍频器基板，所述石墨烯倍频器基板包括高频介质基片和设置在其上的石墨烯，所述石墨烯前端和后端分别通过微带线连接信号输入端和信号输出端，其特征在于：

微带线上靠近信号输入端和信号输出端处，分别设有第一直流偏置电路和第二直流偏置电路，第一直流偏置电路和第二直流偏置电路结构相同，包括隔直电容和高频电感，所述隔直电容两端串联在微带线上，所述高频电感一端位于石墨烯和隔直电容间的微带线上，第一直流偏置电路的高频电感另一端接直流电源，第二直流偏置电路的高频电感接地；

所述信号输入端用于外接激励信号源，所述激励信号源用于产生频率fc的基波信号，经石墨烯后产生各次谐波分量，所述各次谐波分量包括频率为mfc的输出信号、和需回收的信号频率分量nfc，其中n=1，2，3，4…且n≠m，m为偶数。

2.根据权利要求1所述的基于直流偏置下的石墨烯偶次谐波倍频器，其特征在于：石墨烯和第一直流偏置电路间设有输入反射网络，石墨烯和第二直流偏置电路间设有输出反射网络；

所述输入反射网络对fc为匹配通过，对需回收的信号频率分量为全反射；

所述输出反射网络对mfc为匹配通过，对fc和需回收的信号频率分量为全反射。

3.根据权利要求2所述的基于直流偏置下的石墨烯偶次谐波倍频器，其特征在于：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。

4.根据权利要求1所述的基于直流偏置下的石墨烯偶次谐波倍频器，其特征在于：所述微带线为阻抗为50Ω的铜质微带线，且微带线上设有一断开处，断开处间隙为0.35mm，所述石墨烯覆盖在间隙上。

5.根据权利要求1所述的基于直流偏置下的石墨烯偶次谐波倍频器的设计方法，其特征在于：包括以下步骤；

（1）根据倍频的工作频段选定电容电感；

（2）根据输入信号的频率调整激励信号源，其中输入信号频率为fc，输出信号频率为mfc，需回收的信号频率分量nfc，其中n=1，2，3，4…且n≠m，m为偶数；

（3）根据（1）（2）的参数设计基于直流偏置下的石墨烯偶次谐波倍频器，接入激励信号源和直流电源，激励信号源产生频率fc的基波信号，直流电源用于输入直流信号且初值置零，信号输出端连接一频谱仪；

（4）启动基于直流偏置下的石墨烯偶次谐波倍频器，获取第一直流偏置电路的最佳直流电压；

石墨烯的击穿电压为电压A，直流电源从0到电压A等间距增加，记录不同直流电压下的频谱图，找出输出信号最优的频谱图，将该频谱图对应的直流电压值作为第一直流偏置电路的最佳直流电压；

（5）将直流电源固定到最佳直流电压，拆卸掉频谱仪，直流偏置下的石墨烯偶次谐波倍频器设计完成，开始工作。

6.根据权利要求5所述的基于直流偏置下的石墨烯偶次谐波倍频器的设计方法，其特征在于：步骤（5）直流偏置下的石墨烯偶次谐波倍频器设计完成，开始工作，具体为：

频率为fc的基波信号，与直流信号一起送入石墨烯中，激励石墨烯后，在石墨烯后端产生基波和各次谐波分量，其中，频率为mfc的输出信号经信号输出端输出，直流信号经第二直流偏置电路输出。