[发明专利]太赫兹单片电路无隔离电阻平面空间功率合成功分器

说明书

本发明公开了太赫兹单片电路无隔离电阻平面空间功率合成功分器，属于基本电气元件的技术领域。该平面空间功率合成功分器包括：合路端口，平面空间功率合成结构，有N个输出引线的分路端口。其中，平面空间功率合成结构包括：一段梯形结构和一段矩形等相位校准结构。合路端口的宽度保持与输入端口的宽度一致，通过优化平面空间功率合成结构中梯形结构的长度和宽度，可以进行阻抗匹配。本功率合成结构的N个输出端口在不需要隔离电阻的情况下拥有高隔离度，克服了威尔金森功分器在太赫兹频段由隔离电阻造成的寄生效应影响和传输损耗，可以兼容无电阻参与的电路设计，在太赫兹频段拥有良好的功率合成效果，设计过程简洁。

技术领域

本发明公开了太赫兹单片电路无隔离电阻平面空间功率合成功分器，涉及太赫兹器件，属于基本电气元件的技术领域。

背景技术

太赫兹覆盖100 GHz到10THz的频谱范围，波长范围为3毫米～30微米，兼有红外线和微波的一些特点。太赫兹的频谱范围与微波相比更宽，信息容量更大，适用于高速大容量通信。太赫兹的辐射信噪比高，能穿透多种有机、无机材料，衰减小，适合用于高质量成像，并且太赫兹的辐射能小，可以作为更为安全的人体检查频段。

功率合成功分器被广泛地应用在太赫兹单片电路中，太赫兹单片电路包括太赫兹放大器、倍频器、混频器、信号收发系统等，太赫兹电路在通信、雷达、检测、射电天文学和医学方面具有重要的应用前景。

太赫兹单片电路目前可用的功率合成功分器受到工艺的限制，往往难以加入传统功率合成结构所需要的隔离电阻。加入隔离电阻的标准威尔金森功分器在太赫兹频段会引入较大的传输损耗；而不加入隔离电阻的传统分支线功分器隔离度非常差，往往低于6dB，在大部分的功率电路中都会导致低下的成品率；基于切比雪夫函数设计的切比雪夫功分器则主要依靠电路设计软件优化迭代，专门针对特定工艺和电路型式，缺乏易用的设计方法，设计周期长。研制太赫兹频段性能优异并且方便工艺实现的功率合成结构具有重大意义。

本发明设计的无隔离电阻平面空间功率合成结构功分器，可以免除隔离电阻，是基于惠更斯原理的准光学结构，结合太赫兹波兼具微波和光波两方面的特点研制，可以有效的应用在太赫兹单片设计中，大幅提高功率合成效率和单片电路成品率。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了太赫兹单片电路无隔离电阻平面空间功率合成功分器，在太赫兹频段通过无隔离电阻的平面空间功率合成功分器提高了功率合成效率和单片电路的成品率，解决了威尔金森功分器因隔离电阻造成衰减和寄生影响以及分支线功分器由于低隔离度导致电路失效的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

本发明的总体思路：根据基本惠更斯原理，即球形波面上的每一点（面源）都是一个次级球面波的子波源，子波的波速与频率等于初级波的波速和频率，此后，每一时刻的子波波面的包络就是该时刻总的波动的波面，那么在太赫兹电路中的平面传输结构中，可以通过模拟准光学电路元件将平面波的等相位面均匀地布置在功分器的分路端口，直接利用等波面相互之间没有多余干扰的特性完成功率等分以及合成。所设计的功率合成功分器不需要隔离电阻也可以在太赫兹频段获得理想的隔离度。

合路端口的宽度保持与输入端口的宽度一样，输入输出端口的特性阻抗均为Z0。平面空间功率合成结构采用一段梯形结构，以及一截较短的分路端口微带线作等相位调整用，分路端口微带线的特性阻抗为Z0/N，调整梯形结构的长度宽度可以进行阻抗匹配。N个分路端口输出引线应均匀的分布在分路端口微带线的一端。

为了取得更好的效果，在上述技术方案的基础上本发明还进一步采取了以下技术措施：梯形结构A的长度优化在中心频率的四分之一波长附近，可以取得最佳的阻抗匹配效果。传输线可以是微带传输线、带状传输线或共面波导传输线。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：