本發(fā)明涉及多重倍頻變換電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙面鰭線四管芯太赫茲平衡式二次倍頻電路。

背景技術(shù)：

太赫茲（thz）波從廣義上來講，是指頻率在0.1-10thz范圍內(nèi)的電磁波，其中1thz=1000ghz，也有人認(rèn)為太赫茲頻率是指0.3thz-3thz范圍內(nèi)的電磁波。thz波在電磁波頻譜中占有很特殊的位置，thz技術(shù)是國際科技界公認(rèn)的一個非常重要的交叉前沿領(lǐng)域。

基于固態(tài)電子技術(shù)對太赫茲頻率源進行拓展是一種有效的方式。目前用于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(shù)的發(fā)展過程中，二次倍頻技術(shù)由于其倍頻效率高，得到了廣泛的發(fā)展。用于二次倍頻的電路中，基于平衡式的電路，效率可以高達(dá)40%到50%。典型的平衡式倍頻電路中，太赫茲肖特基二極管通過石英電路橫跨在輸入射頻波導(dǎo)中，一般射頻輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)呈90度垂直，不在一條直線上。此外，受限與波導(dǎo)寬度，因此二極管的管結(jié)數(shù)量受到限制，在大功率應(yīng)用上，受到了限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種雙面鰭線四管芯太赫茲平衡式二次倍頻電路，所述電路方便電路人員設(shè)計，同時加工更為簡單，且石英電路采用雙面電路，可提高倍頻效率，通過正反兩面各設(shè)置兩個肖特基二極管，可承受較大的功率輸出，提高輸出功率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種雙面鰭線四管芯太赫茲平衡式二次倍頻電路，其特征在于：包括石英基板鰭線電路、四個反向串聯(lián)的gaas基太赫茲肖特基二極管、射頻輸入波導(dǎo)和射頻輸出波導(dǎo)，所述石英基板鰭線電路包括石英電路基板和位于石英電路基板正反面的鰭線，位于正面的鰭線包括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后構(gòu)成前側(cè)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后構(gòu)成后側(cè)鰭線，所述前側(cè)鰭線與后側(cè)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，后逐漸變大；位于正面的兩個所述肖特基二極管的一端與正面的前側(cè)鰭線電連接，位于正面的兩個所述肖特基二極管的另一端與正面的后側(cè)鰭線電連接，且所述肖特基二極管位于前側(cè)鰭線與后側(cè)鰭線間距離保持不變的位置處；所述石英電路基板的反面有與其正面相同的鰭線以及肖特基二極管結(jié)構(gòu)，且正面的鰭線以及肖特基二極管與反面的鰭線以及肖特基二極管的位置相對應(yīng)；所述石英電路基板的一端位于所述射頻輸入波導(dǎo)的波導(dǎo)槽內(nèi)，所述石英電路基板的另一端位于所述射頻輸出波導(dǎo)的波導(dǎo)槽內(nèi)。

進一步的技術(shù)方案在于：所述倍頻電路還包括兩個石英匹配調(diào)節(jié)介質(zhì)塊，位于正面的所述介質(zhì)塊的一端通過導(dǎo)電膠與正面的所述前側(cè)鰭線電連接，位于正面的所述介質(zhì)塊的另一端通過導(dǎo)電膠與正面的所述后側(cè)鰭線電連接，位于反面的所述介質(zhì)塊的位置與位于正面的所述介質(zhì)塊的位置相對應(yīng)。

進一步的技術(shù)方案在于：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，所述輸入鰭線位于所述輸入石英電路基板上，所述輸出鰭線位于所述輸出石英電路基板上。

進一步的技術(shù)方案在于：所述輸入石英電路基板的寬度大于所述輸出石英電路基板的寬度。

進一步的技術(shù)方案在于：所述肖特基二極管的兩端通過導(dǎo)電膠與所述鰭線實現(xiàn)電連接。

進一步的技術(shù)方案在于：每個所述肖特基二極管包括兩組相互串聯(lián)的肖特基二極管結(jié)串，每個所述二極管接串包括兩個以上相互串聯(lián)的肖特基二極管結(jié)，兩個所述二極管結(jié)串位于內(nèi)側(cè)的相同電極通過中央焊盤連接為一體，兩個二極管結(jié)串位于外側(cè)的電極為所述反向串聯(lián)的gaas基太赫茲肖特基二極管的兩個電極。

進一步的技術(shù)方案在于：所述肖特基二極管中單個肖特基二極管結(jié)的直徑為2微米，串聯(lián)電阻5歐姆，結(jié)電容7ff，寄生電容3ff。

進一步的技術(shù)方案在于：所述鰭線使用au制作，厚度為2微米至4微米。

進一步的技術(shù)方案在于：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(shù)方案在于：所述石英基板鰭線電路放置在波導(dǎo)的b方向中心處。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明采用石英作為電路基板，石英電路基板的正反面均制作鰭線電路，在正反面鰭線上倒裝焊接反向串聯(lián)的gaas基太赫茲肖特基二極管作為非線性倍頻器件，且所述肖特基二極管在石英電路基板正反兩面所處位置相同。通過在石英電路基板的正反兩面制作鰭線，將波導(dǎo)中的te10模轉(zhuǎn)換到鰭線上，實現(xiàn)波導(dǎo)模式到鰭線微帶模式的變換，也實現(xiàn)波導(dǎo)到平面微帶電路的阻抗變換。

與傳統(tǒng)平衡式倍頻電路相比，本申請所述電路射頻輸入輸出波導(dǎo)在同一直線上，方便電路人員設(shè)計，同時加工更為簡單；輸入輸出波導(dǎo)過渡均采用鰭線過渡；可加入石英匹配調(diào)節(jié)介質(zhì)塊進行阻抗調(diào)節(jié)，提高倍頻效率；二極管采用零偏置電路，不易燒毀，可靠性高；石英電路采用雙面電路，在正反兩面均放置兩個反向串聯(lián)的肖特基二極管，可提高倍頻效率，提高輸出功率；四個二極管為協(xié)同工作，直接在片完成功率合成；通過正反兩面各設(shè)置兩個肖特基二極管，可承受較大的功率輸出，在保持高效倍頻的同時，提高輸出功率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明第一個實施例所述電路的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明第二個實施例所述電路的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例中所述石英基板鰭線電路的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例中所述反向串聯(lián)的gaas基太赫茲肖特基二極管的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明第一個實施例所述電路從波導(dǎo)b方向給出的倍頻電路示意圖；

圖6是本發(fā)明第二個實施例所述電路從波導(dǎo)b方向給出的倍頻電路示意圖；

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(lián)的gaas基太赫茲肖特基二極管21、肖特基二極管結(jié)22、中央焊盤3、射頻輸入波導(dǎo)4、射頻輸出波導(dǎo)5、石英匹配調(diào)節(jié)介質(zhì)塊。

具體實施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)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(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)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(fā)明實施例公開了一種雙面鰭線四管芯太赫茲平衡式二次倍頻電路，包括石英基板鰭線電路1、四個反向串聯(lián)的gaas基太赫茲肖特基二極管2、射頻輸入波導(dǎo)3和射頻輸出波導(dǎo)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和位于石英電路基板11正反面的鰭線，位于正面的鰭線包括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的一端相連接后構(gòu)成前側(cè)鰭線，所述第二輸入鰭線13的一端與第二輸出鰭線15的一端相連接連接后構(gòu)成后側(cè)鰭線。所述前側(cè)鰭線與后側(cè)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，后逐漸變大。

如圖1所示，位于正面的兩個所述肖特基二極管的一端與正面的前側(cè)鰭線電連接，位于正面的兩個所述肖特基二極管的另一端與正面的后側(cè)鰭線電連接，且所述肖特基二極管位于前側(cè)鰭線與后側(cè)鰭線間距離保持不變的位置處；所述石英電路基板的反面有與其正面相同的鰭線以及肖特基二極管結(jié)構(gòu)，且正面的鰭線以及肖特基二極管與反面的鰭線以及肖特基二極管的位置相對應(yīng)，如圖5所示；所述石英電路基板11的一端位于所述射頻輸入波導(dǎo)3的波導(dǎo)槽內(nèi)，所述石英電路基板11的另一端位于所述射頻輸出波導(dǎo)4的波導(dǎo)槽內(nèi)。

如圖4所示，每個所述肖特基二極管包括兩組相互串聯(lián)的肖特基二極管結(jié)串，每個所述二極管接串包括兩個以上相互串聯(lián)的肖特基二極管結(jié)21，兩個所述二極管結(jié)串位于內(nèi)側(cè)的相同電極通過中央焊盤22連接為一體，兩個二極管結(jié)串位于外側(cè)的電極為所述反向串聯(lián)的gaas基太赫茲肖特基二極管的兩個電極。

與傳統(tǒng)平衡式倍頻電路相比，本申請所述電路射頻輸入輸出波導(dǎo)在同一直線上，方便電路人員設(shè)計，同時加工更為簡單；輸入輸出波導(dǎo)過渡均采用鰭線過渡；二極管采用零偏置電路，不易燒毀，可靠性高；石英電路采用雙面電路，在正反兩面均放置兩個反向串聯(lián)的肖特基二極管，可提高倍頻效率，提高輸出功率；四個二極管為協(xié)同工作，直接在片完成功率合成；通過正反兩面各設(shè)置兩個肖特基二極管，可承受較大的功率輸出，在保持高效倍頻的同時，提高輸出功率。

實施例二

如圖2所示，本發(fā)明實施例公開了一種雙面鰭線四管芯太赫茲平衡式二次倍頻電路，包括石英基板鰭線電路1、四個反向串聯(lián)的gaas基太赫茲肖特基二極管2、射頻輸入波導(dǎo)3、射頻輸出波導(dǎo)4和兩個石英匹配調(diào)節(jié)介質(zhì)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和位于石英電路基板11正反面的鰭線，位于正面的鰭線包括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的一端相連接后構(gòu)成前側(cè)鰭線，所述第二輸入鰭線13的一端與第二輸出鰭線15的一端相連接連接后構(gòu)成后側(cè)鰭線。所述前側(cè)鰭線與后側(cè)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，后逐漸變大。

如圖2所示，位于正面的兩個所述肖特基二極管的一端與正面的前側(cè)鰭線電連接，位于正面的兩個所述肖特基二極管的另一端與正面的后側(cè)鰭線電連接，且所述肖特基二極管位于前側(cè)鰭線與后側(cè)鰭線間距離保持不變的位置處；所述石英電路基板的反面有與其正面相同的鰭線以及肖特基二極管結(jié)構(gòu)，且正面的鰭線以及肖特基二極管與反面的鰭線以及肖特基二極管的位置相對應(yīng)，如圖6所示；所述石英電路基板11的一端位于所述射頻輸入波導(dǎo)3的波導(dǎo)槽內(nèi)，所述石英電路基板11的另一端位于所述射頻輸出波導(dǎo)4的波導(dǎo)槽內(nèi)。如圖2所示，位于正面的所述介質(zhì)塊的一端通過導(dǎo)電膠與正面的所述前側(cè)鰭線電連接，位于正面的所述介質(zhì)塊的另一端通過導(dǎo)電膠與正面的所述后側(cè)鰭線電連接，位于反面的所述介質(zhì)塊的位置與位于正面的所述介質(zhì)塊的位置相對應(yīng)，如圖6所示。

如圖4所示，每個所述肖特基二極管包括兩組相互串聯(lián)的肖特基二極管結(jié)串，每個所述二極管接串包括兩個以上相互串聯(lián)的肖特基二極管結(jié)21，兩個所述二極管結(jié)串位于內(nèi)側(cè)的相同電極通過中央焊盤22連接為一體，兩個二極管結(jié)串位于外側(cè)的電極為所述反向串聯(lián)的gaas基太赫茲肖特基二極管的兩個電極。

與傳統(tǒng)平衡式倍頻電路相比，本申請所述電路射頻輸入輸出波導(dǎo)在同一直線上，方便電路人員設(shè)計，同時加工更為簡單；輸入輸出波導(dǎo)過渡均采用鰭線過渡；可加入石英匹配調(diào)節(jié)介質(zhì)塊進行阻抗調(diào)節(jié)，提高倍頻效率；二極管采用零偏置電路，不易燒毀，可靠性高；石英電路采用雙面電路，在正反兩面均放置兩個反向串聯(lián)的肖特基二極管，可提高倍頻效率，提高輸出功率；四個二極管為協(xié)同工作，直接在片完成功率合成；通過正反兩面各設(shè)置兩個肖特基二極管，可承受較大的功率輸出，在保持高效倍頻的同時，提高輸出功率。

實施例三

如圖2所示，本發(fā)明實施例公開了一種雙面鰭線四管芯太赫茲平衡式二次倍頻電路，包括石英基板鰭線電路1、四個反向串聯(lián)的gaas基太赫茲肖特基二極管2、射頻輸入波導(dǎo)3、射頻輸出波導(dǎo)4和兩個石英匹配調(diào)節(jié)介質(zhì)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和位于石英電路基板11正反面的鰭線，位于正面的鰭線包括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的一端相連接后構(gòu)成前側(cè)鰭線，所述第二輸入鰭線13的一端與第二輸出鰭線15的一端相連接連接后構(gòu)成后側(cè)鰭線。所述前側(cè)鰭線與后側(cè)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，后逐漸變大。

如圖2所示，位于正面的兩個所述肖特基二極管的一端與正面的前側(cè)鰭線電連接，位于正面的兩個所述肖特基二極管的另一端與正面的后側(cè)鰭線電連接，且所述肖特基二極管位于前側(cè)鰭線與后側(cè)鰭線間距離保持不變的位置處；所述石英電路基板的反面有與其正面相同的鰭線以及肖特基二極管結(jié)構(gòu)，且正面的鰭線以及肖特基二極管與反面的鰭線以及肖特基二極管的位置相對應(yīng)，如圖6所示；所述石英電路基板11的一端位于所述射頻輸入波導(dǎo)3的波導(dǎo)槽內(nèi)，所述石英電路基板11的另一端位于所述射頻輸出波導(dǎo)4的波導(dǎo)槽內(nèi)。如圖2所示，位于正面的所述介質(zhì)塊的一端通過導(dǎo)電膠與正面的所述前側(cè)鰭線電連接，位于正面的所述介質(zhì)塊的另一端通過導(dǎo)電膠與正面的所述后側(cè)鰭線電連接，位于反面的所述介質(zhì)塊的位置與位于正面的所述介質(zhì)塊的位置相對應(yīng)，如圖6所示。

如圖4所示，所述肖特基二極管包括兩組相互串聯(lián)的肖特基二極管結(jié)串，每個所述二極管接串包括兩個以上相互串聯(lián)的肖特基二極管結(jié)21，兩個所述二極管結(jié)串位于內(nèi)側(cè)的相同電極通過中央焊盤22連接為一體，兩個二極管結(jié)串位于外側(cè)的電極為所述反向串聯(lián)的gaas基太赫茲肖特基二極管的兩個電極。

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(dǎo)（為wm-2032矩形波導(dǎo)，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(dǎo)中引入到石英電路基板上進行傳輸，并將輸入波導(dǎo)中的te10模轉(zhuǎn)換到石英鰭線上，實現(xiàn)波導(dǎo)模式到鰭線微帶模式的變換，也實現(xiàn)波導(dǎo)到平面微帶電路的阻抗變換，鰭線將波導(dǎo)中的能量集中在鰭線兩側(cè)。射頻輸入信號經(jīng)石英匹配調(diào)節(jié)介質(zhì)塊耦合到所述肖特基二極管中，二極管射頻輸入信號為反向串聯(lián)，對射頻輸出端為同向并聯(lián)，符合平衡式倍頻電路特點。所述肖特基二極管兩端通過導(dǎo)電膠與鰭線相連接，采用倒裝焊接的工藝。由于肖特基二極管的非線性作用，將產(chǎn)生肖特基二極管的各次非線性諧波，由于平衡式工作，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(dǎo)端口的鰭線過渡，將產(chǎn)生的偶次諧波耦合到輸出波導(dǎo)中，進行輸出，輸出波導(dǎo)在本例中為wr4標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)。

石英基板鰭線電路的輸出端設(shè)計時將主要對2次諧波進行優(yōu)化設(shè)計，將2次諧波的能量耦合至最大。在實際操作中，要通過調(diào)節(jié)石英匹配調(diào)節(jié)介質(zhì)塊的大小和位置來來獲得最高的二次倍頻效率。

標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)到石英電路的過渡由鰭線實現(xiàn)。鰭線采用余弦平方漸變曲線的形式，過渡模型采用如下的槽寬漸變形式公式。

公式中l(wèi)為鰭線漸變段長度，w為槽寬。鰭線槽寬w變小，阻抗變低，利于二極管對射頻信號的匹配。傳統(tǒng)基板傳輸線中的w只能達(dá)到0.1mm，當(dāng)采用石英基片時，能夠進行精確加工達(dá)到1um，設(shè)計的鰭線w取20um。t是以波導(dǎo)e面中心為原點、鰭線傳輸線的縱向坐標(biāo)，b是減高波導(dǎo)高度。

石英電路基板放置在射頻輸入波導(dǎo)和射頻輸出波導(dǎo)的波導(dǎo)槽中，并且石英電路基板通過導(dǎo)電膠與實際腔體實現(xiàn)接地連接。石英電路盡量放置在波導(dǎo)寬度方向中心處（波導(dǎo)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(yōu)選的，肖特基二極管中單個肖特基二極管結(jié)的直徑為2微米，串聯(lián)電阻5歐姆，結(jié)電容7ff，寄生電容3ff。

與傳統(tǒng)平衡式倍頻電路相比，本申請所述電路射頻輸入輸出波導(dǎo)在同一直線上，方便電路人員設(shè)計，同時加工更為簡單；輸入輸出波導(dǎo)過渡均采用鰭線過渡；可加入石英匹配調(diào)節(jié)介質(zhì)塊進行阻抗調(diào)節(jié)，提高倍頻效率；二極管采用零偏置電路，不易燒毀，可靠性高；石英電路采用雙面電路，在正反兩面均放置兩個反向串聯(lián)的肖特基二極管，可提高倍頻效率，提高輸出功率；四個二極管為協(xié)同工作，直接在片完成功率合成；通過正反兩面各設(shè)置兩個肖特基二極管，可承受較大的功率輸出，在保持高效倍頻的同時，提高輸出功率。