一種用於太赫茲混頻器的波導短路器的製作方法

2023-10-25 05:59:47

本發明涉及太赫茲器件領域，特別涉及一種用於太赫茲混頻器的波導短路器。

背景技術：

超外差接收機擁有非常高的靈敏度和頻譜精度，可以用於從0.1THz一直到2.5THz的太赫茲探測。混頻器位於接收機的前端，在本振信號的驅動下，將高頻信號轉換為容易處理的中頻信號，主要形式有超導-絕緣-超導混頻器、熱電子輻射混頻器、肖特基二極體混頻器。與前兩種混頻器相比，肖特基二極體混頻器可以在室溫下工作，結構更加緊湊、性能更加可靠，因此成為星載毫米波輻射計的首選。

太赫茲混頻器設計的核心問題是如何實現射頻信號、本振信號、中頻信號對肖特基二極體的匹配。其中射頻信號、本振信號的頻率較高，對應的傳輸線都是波導結構。二極體焊接在石英基片上，對應的傳輸線是懸置微帶結構。於是，射頻、本振信號在到達二極體之前都會通過一個波導到懸置微帶的轉換。這個轉換部件是通過放置在中間溝道的石英基片和波導溝道垂直相交實現的，其中波導的短路面的位置影響高頻信號到二極體的匹配。

現有技術中的波導短路面的設計有兩種。一種是固定的短路面，其結構最簡單。因為太赫茲波段的波導溝道的尺寸較小(頻率0.6THz時尺寸為200um左右)，對機械加工的要求很高(優於5um)，結構越簡單性能越可靠。這種結構的缺點也很明顯，結構一旦固定，性能也就固定了。另一種是採用連接測微計的短路面，結構比較複雜。這種結構中，波導溝道的末端放置一個可以滑動的短路塊。該短路塊的另一端連接測微計，通過測微計來控制短路塊在波導中的位置。這種設計在較小尺寸的波導溝道中並不可靠，而且外圍結構龐大，導致混頻器的整體結構變得複雜。

在腔體中使用一個獨立的短路器可以實現位置可調的波導短路面。此時，腔體採用上半腔體、下半腔體分開設計的形式，兩個半腔體合體後形成一個完整的腔體。兩個半腔體打開時，可以在下半腔體的卡槽中安裝或拆卸短路器，而不會影響上半腔體中的石英基片。理想情況下，短路器是可以隨意拆裝，而不影響腔體的合體或石英基片的電路。然而在實際操作中，出現了短路器拆裝困難、磨損卡槽、甚至影響腔體二次合體的問題。另外，腔體合體以後再次打開時，短路器是隨機留在上半腔體或下半腔體的。如果短路器是留在石英基片所在的上半腔體，拆卸短路器時的震動顯然會影響到石英基片。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有太赫茲混頻器中的波導短路面中存在的上述缺陷，提供一種結構簡單、性能可靠，操作方便的波導短路器。

為了實現上述目的，本發明提供一種用於太赫茲混頻器的波導短路器，所述波導短路器安裝在太赫茲混頻器的卡槽2內，所述波導短路器1包括圓臺8和長方體9，所述圓臺8和長方體9相切形成一個整體；所述圓臺8的上半部分設置一個豁口10，使得太赫茲混頻器的腔體被打開時，豁口10成為鑷子操作的受力支點，波導短路器1能夠被安裝和取出。

上述技術方案中，所述波導短路器1的材料為銅合金。

上述技術方案中，所述波導短路器1和卡槽2的個數相同，個數為1或2。

上述技術方案中，所述太赫茲混頻器的圓柱槽11的直徑比圓臺8的下底面直徑大20um，使波導短路器1緊密安裝在卡槽2內。

上述技術方案中，所述圓臺8的下底面直徑比上底面直徑大20um，使得太赫茲混頻器的腔體被打開後，波導短路器1留在下腔體6內。

上述技術方案中，所述圓臺8的下底面直徑是3mm，所述長方體9的長度的最小值為2mm。

一種太赫茲混頻器，包括上述的波導短路器，每個波導短路器1的長方體9的長度取值的間隔為20um；使得短路面的調整間隔為20um；根據太赫茲混頻器的性能需求，更換若干個波導短路器進行測試，從中選擇出需要的波導短路器。

本發明的優點在於：

本發明設計的波導短路器，其外形是由長方體和圓臺組成的一個整體，短路器在沿著圓臺方向的上半部分略窄。該設計使得打開腔體時，短路器可以穩固地留在下半腔體的卡槽、而不會留在上半腔體的卡槽。短路器在沿著圓臺方向的上半部分留有一個豁口，成為鑷子的受力支點，該設計使得短路塊的安裝和拆卸變得方便。

附圖說明

圖1是本發明的短路器在上半腔體、下半腔體中的安裝示意圖；

圖2是本發明的下半腔體的正視圖；

圖3是本發明的短路器的三面視圖。

附圖標識：

1、波導短路器 2、卡槽 3、波導溝道

4、中間溝道 5、石英基片 6、下半腔體

7、上半腔體 8、圓臺 9、長方體

10、豁口 11、圓柱槽 12、長方槽

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細的描述。

如圖1和圖2所示，一種太赫茲混頻器，包括波導短路器1、卡槽2、波導溝道3、中間溝道4、石英基片5、下半腔體6和上半腔體7；所述下半腔體6和上半腔體7的溝道是對稱的，兩者會進行合體或者解體；所述石英基片5放置在上半腔體7中，所述短路器1放置在下半腔體6中。

如圖3所示，所述波導短路器1包括圓臺8和長方體9，其中圓臺8和長方體9相切形成一個整體；所述圓臺8的上半部分設置一個豁口10，使得太赫茲混頻器的腔體被打開時，豁口10成為鑷子操作的受力支點，波導短路器1能夠順利地被取出。

如圖1所示，所述卡槽2為下半腔體6在表面的槽，其形狀與波導短路器1相同，包括圓柱槽11和長方槽12，兩者是連通的；所述長方槽12與波導溝道3相接；所述波導短路器1安裝在卡槽2內，在波導溝道3中形成一個短路面；所述中間溝道4與波導溝道3垂直相交，形成一個電磁場的從波導到懸置微帶的轉換。

優選地，所述波導短路器1的材料為銅合金。

所述波導短路器1和卡槽2的個數相同，個數為1或2。

所述圓柱槽11的直徑比圓臺8的下底面直徑大20um，使波導短路器1緊密安裝在卡槽2內。

所述圓臺8的下底面直徑比上底面直徑大20um，使得腔體被打開後，波導短路器1留在下腔體6內。

在本實施例中，所述長方體9的長度的最小值為2mm，長度取值的間隔為20um；使得短路面的調整間隔為20um；所述圓臺8的下底面直徑是3mm。

射頻信號、本振信號的傳輸線都是波導結構。二極體焊接在石英基片5上，對應的傳輸線是懸置微帶結構。於是，射頻、本振信號在到達二極體之前都會通過一個波導到懸置微帶的轉換。其中波導的短路面的位置影響高頻信號到二極體的匹配，通過調整短路面的位置，改善了電路性能，彌補了裝配誤差帶來的不利影響。

根據短路面的預期位置選擇安裝相應長度的短路器，進行混頻器的性能測試；如果性能與預期不符，判斷短路面的位置調整的方向；拆卸原短路器，安裝另一個長度的短路器，繼續性能測試；根據性能的變化趨勢，進一步判斷短路面的位置調整的方向；拆卸原短路器，安裝另一個長度的短路器，繼續性能測試，直到混頻器的性能得到明顯改善。這個過程中，腔體是需要多次打開的，短路器也是需要多次更換的，石英基片是不應該受到多次拆裝的影響。本發明可以確保打開腔體時短路器總是留在下腔體，並且安裝和拆卸方便，不會對石英基片的電路或是腔體的合體有任何影響。

太赫茲混頻器的腔體的尺寸較小，一般在釐米量級。短路器1安裝在腔體中，尺寸可以控制在3mm以內，不會影響電路板的和溝道的布置，對結構的影響很小。短路器對波導短路面位置的最小調整間隔是20um，該值約為波長的4％(根據頻率0.6THz時波長為500um計算)，能夠對電路性能起到合理調整的作用。

最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。儘管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。