單面石英鰭線雙二極體太赫茲平衡式二次倍頻電路的製作方法
2023-05-11 12:45:21 1
本發明涉及多重倍頻變換電路技術領域，尤其涉及一種單面石英鰭線雙二極體太赫茲平衡式二次倍頻電路。
背景技術：
太赫茲（thz）波從廣義上來講，是指頻率在0.1-10thz範圍內的電磁波，其中1thz=1000ghz，也有人認為太赫茲頻率是指0.3thz-3thz範圍內的電磁波。thz波在電磁波頻譜中佔有很特殊的位置，thz技術是國際科技界公認的一個非常重要的交叉前沿領域。
基於固態電子技術對太赫茲頻率源進行拓展是一種有效的方式。目前用於太赫茲倍頻的電路形式主要有平衡式和非平衡式兩種。在電路技術的發展過程中，二次倍頻技術由於其倍頻效率高，得到了廣泛的發展。用於二次倍頻的電路中，基於平衡式的電路，效率可以高達40%到50%。典型的平衡式倍頻電路中，太赫茲肖特基二極體通過石英電路橫跨在輸入射頻波導中，一般射頻輸入波導和輸出波導呈90度垂直，不在一條直線上。此外，在一般的倍頻電路中採用一個多結的肖特基二極體，這樣由於結的個數較小，不能承受大功率。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種單面石英鰭線雙二極體太赫茲平衡式二次倍頻電路，所述電路的射頻輸入輸出波導可以在同一直線上，方便電路人員設計，同時加工更為簡單，且可以承受大功率輸入，提高輸出功率。
為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是：一種單面石英鰭線雙二極體太赫茲平衡式二次倍頻電路，其特徵在於：包括石英基板鰭線電路、兩個反向串聯的gaas基太赫茲肖特基二極體、射頻輸入波導和射頻輸出波導，所述石英基板鰭線電路包括石英電路基板和位於石英電路基板上的第一至第二輸入鰭線和第一至第二輸出鰭線，所述第一輸入鰭線的一端與第一輸出鰭線的一端相連接後構成前側鰭線，所述第二輸入鰭線的一端與第二輸出鰭線的一端相連接連接後構成後側鰭線，所述前側鰭線與後側鰭線之間保持一定的間隔，且兩者之間的距離從左到右，先逐漸變小，再保持一段距離不變後逐漸變大；兩個所述肖特基二極體的一端與前側鰭線電連接，兩個所述肖特基二極體的另一端與後側鰭線電連接，且所述肖特基二極體位於前側鰭線與後側鰭線間距離保持不變的位置處；所述石英電路基板的一端位於所述射頻輸入波導的波導槽內，所述石英電路基板的另一端位於所述射頻輸出波導的波導槽內。
進一步的技術方案在於：所述倍頻電路還包括石英匹配調節介質塊，所述介質塊的一端通過導電膠與所述前側鰭線電連接，所述介質塊的另一端通過導電膠與所述後側鰭線電連接。
進一步的技術方案在於：所述石英電路基板包括輸入石英電路基板和輸出石英電路基板，所述輸入鰭線位於所述輸入石英電路基板上，所述輸出鰭線位於所述輸出石英電路基板上。
進一步的技術方案在於：所述輸入石英電路基板的寬度大於所述輸出石英電路基板的寬度。
進一步的技術方案在於：所述肖特基二極體的兩端通過導電膠與所述鰭線實現電連接。
進一步的技術方案在於：所述肖特基二極體包括兩組相互串聯的肖特基二極體結串，每個所述二極體接串包括兩個以上相互串聯的肖特基二極體結，兩個所述二極體結串位於內側的相同電極通過中央焊盤連接為一體，兩個二極體結串位於外側的電極為所述反向串聯的gaas基太赫茲肖特基二極體的兩個電極。
進一步的技術方案在於：所述肖特基二極體中單個肖特基二極體結的直徑為2微米，串聯電阻5歐姆，結電容7ff，寄生電容3ff。
進一步的技術方案在於：所述鰭線使用au製作，厚度為2微米至4微米。
進一步的技術方案在於：所述石英電路基板的厚度為30微米到75微米。
進一步的技術方案在於：所述石英基板鰭線電路放置在波導的b方向中心處。
採用上述技術方案所產生的有益效果在於：與傳統平衡式倍頻電路相比，所述電路的射頻輸入輸出波導在同一直線上，方便電路人員設計，同時加工更為簡單；輸入輸出波導過渡均採用石英鰭線過渡；可加入石英匹配調節介質塊進行阻抗調節，提高倍頻效率；二極體採用零偏置電路，不易燒毀，可靠性高；採用兩個反向串聯的肖特基二極體，可以承受大功率輸入，提高輸出功率。
附圖說明
圖1是本發明第一個實施例所述電路的俯視結構示意圖；
圖2是本發明第二個實施例所述電路的俯視結構示意圖；
圖3是本發明實施例中所述石英基板鰭線電路的俯視結構示意圖；
圖4是本發明實施例中所述反向串聯的gaas基太赫茲肖特基二極體的俯視結構示意圖；
其中：1、石英基板鰭線電路11、石英電路基板111、輸入石英電路基板112、輸出石英電路基板12、第一輸入鰭線13、第二輸入鰭線14、第一輸出鰭線15、第二輸出鰭線2、反向串聯的gaas基太赫茲肖特基二極體21、肖特基二極體結22、中央焊盤3、射頻輸入波導4、射頻輸出波導5、石英匹配調節介質塊。
具體實施方式
下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
實施例一
如圖1所示，本發明實施例公開了一種單面石英鰭線雙二極體太赫茲平衡式二次倍頻電路，包括石英基板鰭線電路1、兩個反向串聯的gaas基太赫茲肖特基二極體2、射頻輸入波導3和射頻輸出波導4。如圖3所示，所述石英基板鰭線電路1包括石英電路基板11和位於石英電路基板11上的第一至第二輸入鰭線12，13和第一至第二輸出鰭線14，15。所述第一輸入鰭線12的一端與第一輸出鰭線14的一端相連接後構成前側鰭線，所述第二輸入鰭線13的一端與第二輸出鰭線15的一端相連接連接後構成後側鰭線。所述前側鰭線與後側鰭線之間保持一定的間隔，且兩者之間的距離從左到右先逐漸變小，再保持一段距離不變，後逐漸變大。
如圖1所示，兩個所述肖特基二極體的一端與前側鰭線電連接，兩個所述肖特基二極體的另一端與後側鰭線電連接，且所述肖特基二極體位於前側鰭線與後側鰭線間距離保持不變的位置處；所述石英電路基板11的一端位於所述射頻輸入波導3的波導槽內，所述石英電路基板11的另一端位於所述射頻輸出波導4的波導槽內。如圖4所示，所述肖特基二極體包括兩組相互串聯的肖特基二極體結串，每個所述二極體接串包括兩個以上相互串聯的肖特基二極體結21，兩個所述二極體結串位於內側的相同電極通過中央焊盤22連接為一體，兩個二極體結串位於外側的電極為所述反向串聯的gaas基太赫茲肖特基二極體的兩個電極。
與傳統平衡式倍頻電路相比，所述電路射頻輸入輸出波導在同一直線上，方便電路人員設計，同時加工更為簡單；輸入輸出波導過渡均採用石英鰭線過渡；二極體採用零偏置電路，不易燒毀，可靠性高；採用兩個反向串聯的肖特基二極體，可以承受大功率輸入，提高輸出功率。
實施例二
如圖2所示，本發明實施例公開了一種單面石英鰭線雙二極體太赫茲平衡式二次倍頻電路，包括石英基板鰭線電路1、兩個反向串聯的gaas基太赫茲肖特基二極體2、射頻輸入波導3、射頻輸出波導4和石英匹配調節介質塊5。如圖3所示，所述石英基板鰭線電路1包括石英電路基板11和位於石英電路基板11上的第一至第二輸入鰭線12，13和第一至第二輸出鰭線14，15。所述第一輸入鰭線12的一端與第一輸出鰭線14的一端相連接後構成前側鰭線，所述第二輸入鰭線13的一端與第二輸出鰭線15的一端相連接連接後構成後側鰭線，所述前側鰭線與後側鰭線之間保持一定的間隔，且兩者之間的距離從左到右先逐漸變小，再保持一段距離不變，後逐漸變大。
如圖2所示，每個所述肖特基二極體的一端與前側鰭線電連接，每個所述肖特基二極體的另一端與後側鰭線電連接，且所述肖特基二極體位於前側鰭線與後側鰭線間距離保持不變的位置處；所述石英電路基板11的一端位於所述射頻輸入波導3的波導槽內，所述石英電路基板11的另一端位於所述射頻輸出波導4的波導槽內。所述介質塊的一端通過導電膠與所述前側鰭線電連接，所述介質塊的另一端通過導電膠與所述後側鰭線電連接。
如圖4所示，所述肖特基二極體包括兩組相互串聯的肖特基二極體結串，每個所述二極體接串包括兩個以上相互串聯的肖特基二極體結21，兩個所述二極體結串位於內側的相同電極通過中央焊盤22連接為一體，兩個二極體結串位於外側的電極為所述反向串聯的gaas基太赫茲肖特基二極體的兩個電極。
與傳統平衡式倍頻電路相比，所述電路射頻輸入輸出波導在同一直線上，方便電路人員設計，同時加工更為簡單；輸入輸出波導過渡均採用石英鰭線過渡；可加入石英匹配調節介質塊進行阻抗調節，提高倍頻效率；二極體採用零偏置電路，不易燒毀，可靠性高；採用兩個反向串聯的肖特基二極體，可以承受大功率輸入，提高輸出功率。
實施例三
如圖2所示，本發明實施例公開了一種單面石英鰭線雙二極體太赫茲平衡式二次倍頻電路，包括石英基板鰭線電路1、兩個反向串聯的gaas基太赫茲肖特基二極體2、射頻輸入波導3、射頻輸出波導4和石英匹配調節介質塊5。如圖3所示，所述石英基板鰭線電路1包括石英電路基板11和位於石英電路基板11上的第一至第二輸入鰭線12，13和第一至第二輸出鰭線14，15。所述第一輸入鰭線12的一端與第一輸出鰭線14的一端相連接後構成前側鰭線，所述第二輸入鰭線13的一端與第二輸出鰭線15的一端相連接連接後構成後側鰭線，所述前側鰭線與後側鰭線之間保持一定的間隔，且兩者之間的距離從左到右先逐漸變小，再保持一段距離不變，後逐漸變大。
如圖2所示，每個所述肖特基二極體的一端與前側鰭線電連接，每個所述肖特基二極體的另一端與後側鰭線電連接，且所述肖特基二極體位於前側鰭線與後側鰭線間距離保持不變的位置處；所述石英電路基板11的一端位於所述射頻輸入波導3的波導槽內，所述石英電路基板11的另一端位於所述射頻輸出波導4的波導槽內。所述介質塊的一端通過導電膠與所述前側鰭線電連接，所述介質塊的另一端通過導電膠與所述後側鰭線電連接。
如圖4所示，所述肖特基二極體包括兩組相互串聯的肖特基二極體結串，每個所述二極體接串包括兩個以上相互串聯的肖特基二極體結21，兩個所述二極體結串位於內側的相同電極通過中央焊盤22連接為一體，兩個二極體結串位於外側的電極為所述反向串聯的gaas基太赫茲肖特基二極體的兩個電極。
以110ghz輸入，220ghz作為輸出頻率為例對本實施例加以說明。
射頻輸入波導（為wm-2032矩形波導，a和b分別為2032微米和1016微米）引入110ghz射頻信號，石英基板鰭線電路把射頻信號從輸入波導中引入到石英電路基板上進行傳輸，並將輸入波導中的te10模轉換到石英鰭線上，實現波導模式到鰭線微帶模式的變換，也實現波導到平面微帶電路的阻抗變換，鰭線將波導中的能量集中在鰭線兩側。射頻輸入信號經石英匹配調節介質塊耦合到所述肖特基二極體中，二極體射頻輸入信號為反向串聯，對射頻輸出端為同向並聯，符合平衡式倍頻電路特點。所述肖特基二極體兩端通過導電膠與鰭線相連接，採用倒裝焊接的工藝。由於肖特基二極體的非線性作用，將產生肖特基二極體的各次非線性諧波，由於平衡式工作，對奇次諧波有抑制作用，因此將只有偶次諧波輸出，即2次、4次、6次等諧波輸出。通過輸出波導埠的鰭線過渡，將產生的偶次諧波耦合到輸出波導中，進行輸出，輸出波導在本例中為wr4標準波導。
石英基板鰭線電路的輸出端，設計時將主要對2次諧波進行優化設計，將2次諧波的能量耦合至最大。在實際操作中，要通過調節石英匹配調節介質塊的大小和位置來來獲得最高的二次倍頻效率。
標準矩形波導到石英電路的過渡由鰭線實現。鰭線採用餘弦平方漸變曲線的形式，過渡模型採用如下的槽寬漸變形式公式。
公式中l為鰭線漸變段長度，w為槽寬。鰭線槽寬w變小，阻抗變低，利於二極體對射頻信號的匹配。傳統基板傳輸線中的w只能達到0.1mm，當採用石英基片時，能夠進行精確加工達到1um，設計的鰭線w取20um。t是以波導e面中心為原點、鰭線傳輸線的縱向坐標，b是減高波導高度。
石英電路基板放置在射頻輸入波導和射頻輸出波導的波導槽中，並且石英電路基板通過導電膠與實際腔體實現接地連接。石英電路儘量放置在波導寬度方向中心處（波導的b方向中心處）。石英電路基板的厚度一般為30到75微米。
此外，優選的，肖特基二極體中單個肖特基二極體結的直徑為2微米，串聯電阻5歐姆，結電容7ff，寄生電容3ff。
與傳統平衡式倍頻電路相比，所述電路射頻輸入輸出波導在同一直線上，方便電路人員設計，同時加工更為簡單；輸入輸出波導過渡均採用石英鰭線過渡；可加入石英匹配調節介質塊進行阻抗調節，提高倍頻效率；二極體採用零偏置電路，不易燒毀，可靠性高；採用兩個反向串聯的肖特基二極體，可以承受大功率輸入，提高輸出功率。