本發(fā)明涉及太赫茲電路單元組件，特別是一種新型的太赫茲寬帶波導(dǎo)檢波器結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

目前的波導(dǎo)式檢波器的電路結(jié)構(gòu)基本如圖1所示，輸入波導(dǎo)微帶過(guò)渡結(jié)構(gòu)、DC偏置結(jié)構(gòu)、輸入匹配電路、二極管、輸出匹配電路、低通濾波器以及輸出SMA接頭。太赫茲信號(hào)通過(guò)波導(dǎo)微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)耦合到微帶基片電路上，并經(jīng)過(guò)輸入阻抗匹配后注入到肖特基二極管進(jìn)行檢波，最后通過(guò)低通濾波提取視頻信號(hào)。

這種電路結(jié)構(gòu)形式在通常的毫米波頻段具有較好的效果，但是到了太赫茲波段，其缺陷就會(huì)進(jìn)一步顯現(xiàn)出來(lái)。對(duì)于太赫茲波段檢波器的設(shè)計(jì)，上述結(jié)構(gòu)的缺陷主要有以下幾點(diǎn)：首先，輸入端的偏置結(jié)構(gòu)會(huì)極大減少帶寬，并且在實(shí)際電路基片裝配時(shí)容易引入額外的誤差，偏置接地處的金絲跳線的裝配誤差還可能導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的輸出阻抗變化，以至于檢波器中的匹配電路效果變差，從而降低檢波效率；其次，由于在太赫茲波段傳輸線的損耗相當(dāng)大，主體電路結(jié)構(gòu)的路徑損耗和電路的長(zhǎng)度是成正比的。而輸入輸出匹配電路會(huì)極大地增加電路基片的長(zhǎng)度，會(huì)造成更多的路徑損耗；最后，這種電路結(jié)構(gòu)對(duì)二極管后端的低通濾波結(jié)構(gòu)要求十分高，不合適的低通濾波器結(jié)構(gòu)會(huì)使得二極管輸入輸出端阻抗的互相牽引，從而輸入阻抗受到二極管輸出端的影響，極易降低二極管輸入匹配電路的有效性，這也使得此類電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果差距很大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題，提出了一種新型的太赫茲寬帶波導(dǎo)檢波器結(jié)構(gòu)，具有寬帶和快速響應(yīng)的能力。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種新型的太赫茲寬帶波導(dǎo)檢波器結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括波導(dǎo)輸入阻抗匹配段、波導(dǎo)的腔體內(nèi)基片電路、接地二極管以及低通濾波器，作為輸入的波導(dǎo)輸入阻抗匹配段連接腔體內(nèi)基片電路，腔體內(nèi)基片電路連接接地二極管，接地二極管的輸出端連接低通濾波器，低通濾波器作為輸出，該結(jié)構(gòu)極大地簡(jiǎn)化了整個(gè)檢波器電路，省卻了傳統(tǒng)電路所必須的匹配電路，高抑制度要求的LPF等，使得電路基片的長(zhǎng)度有了很大的減小。

所述接地二極管位于距離波導(dǎo)終端短路面1/4波長(zhǎng)處，目的是使得接地二極管處的電場(chǎng)最強(qiáng)而獲得最佳的檢波效果。

波導(dǎo)的TE10模式經(jīng)過(guò)二極管后在腔體內(nèi)基片電路上的電場(chǎng)模式的變化將會(huì)增大輸入輸出端對(duì)射頻信號(hào)的隔離度，也可以通過(guò)根據(jù)TEmn或TMmn模式的截止頻率公式，減小輸入波導(dǎo)的寬度b，可以提升波導(dǎo)相關(guān)高次模的截止頻率，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)TM11模式的抑制以減少反射的信號(hào)。另外，后端低通濾波器所處的屏蔽微帶線腔也對(duì)射頻信號(hào)有較高的抑制作用。這種高的抑制作用將會(huì)使得濾波器等結(jié)構(gòu)對(duì)前端的波導(dǎo)匹配結(jié)構(gòu)影響降到很小。

所述TE_mn或TM_mn模式的截止頻率公式為：

，

其中，其中，a、b表示輸入波導(dǎo)的截面尺寸，m、n表示模式序號(hào)，f_cmn表示TE_mn或TM_mn模式的截止頻率。

所述波導(dǎo)輸入阻抗匹配段呈階梯狀，需采用高階多節(jié)波導(dǎo)來(lái)實(shí)現(xiàn)寬頻帶范圍的阻抗匹配，提高檢波器工作帶寬。

所述腔體內(nèi)基片電路的底面不鍍金。通常屏蔽腔中的微帶線需要背面鍍金以保證微帶線接地端的效果，而所述腔體內(nèi)基片電路底面不能鍍金，以保證射頻信號(hào)灌入接地二極管。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)省略了傳統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)通過(guò)波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)耦合電磁能量到微帶上的方式，采用的是接地二極管在波導(dǎo)腔中完成檢波過(guò)程的方式，極大地簡(jiǎn)化了整個(gè)檢波器電路，使得電路基片的長(zhǎng)度有了很大的減小，能夠較大地提高檢波器的寬帶性能并且減小仿真難度；本發(fā)明電路前后的電場(chǎng)模式變化將會(huì)增大輸入輸出端對(duì)射頻信號(hào)的隔離度，極大地降低了電路前后兩部分阻抗的牽引關(guān)系，并且也可以通過(guò)減小輸入波導(dǎo)的寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)TM11模式的抑制以減少反射的信號(hào)；另外，后端低通濾波器所處的屏蔽微帶線腔也對(duì)射頻信號(hào)有較高的抑制作用。這種高的抑制作用將會(huì)使得濾波器等結(jié)構(gòu)對(duì)前端的波導(dǎo)匹配結(jié)構(gòu)影響降到很小。

附圖說(shuō)明

圖1為傳統(tǒng)波導(dǎo)式檢波器的通用結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的電路基片示意圖；

圖4為傳統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)的340GHz檢波器示意圖；

圖5為本發(fā)明的340GHz檢波器示意圖；

圖6為本發(fā)明的檢波靈敏度（高靈敏度）曲線圖；

圖7為本發(fā)明的檢波靈敏度（寬帶）曲線圖。

具體實(shí)施方式

如圖2所示，一種新型的太赫茲寬帶波導(dǎo)檢波器結(jié)構(gòu)，包括波導(dǎo)輸入阻抗匹配段、波導(dǎo)的腔體內(nèi)基片電路、接地二極管以及輸出的低通濾波器，極大地簡(jiǎn)化了整個(gè)檢波器電路，使得電路基片的長(zhǎng)度有了很大的減小。

所述接地二極管位于距離波導(dǎo)終端短路面1/4波長(zhǎng)處，目的是使得接地二極管處的電場(chǎng)最強(qiáng)而獲得最佳的檢波效果。

波導(dǎo)的TE₁₀模式經(jīng)過(guò)接地二極管后在電路基片上的電場(chǎng)方向變得如圖2所示。這種電場(chǎng)模式的變化將會(huì)增大輸入輸出端對(duì)射頻信號(hào)的隔離度，也可以通過(guò)減小輸入波導(dǎo)的寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)TM₁₁模式的抑制以減少反射的信號(hào)。另外，后端低通濾波器所處的屏蔽微帶線腔也對(duì)射頻信號(hào)有較高的抑制作用。這種高的抑制作用將會(huì)使得濾波器等結(jié)構(gòu)對(duì)前端的波導(dǎo)匹配結(jié)構(gòu)影響降到很小。本發(fā)明的檢波靈敏度的高靈敏度如圖6所示，檢波靈敏度（寬度）如圖7所示。

所述腔體內(nèi)基片電路的底面不鍍金。

以340GHz的零偏置波導(dǎo)式檢波器為例。

如圖4所示，為傳統(tǒng)形式檢波器電路，其中，電路基片寬度為0.25mm，長(zhǎng)度為2.8mm。

如圖5所示，為本發(fā)明的新型檢波器電路結(jié)構(gòu)，其中，電路基片寬度為0.33mm，長(zhǎng)度為1.26mm。

通過(guò)圖4-5對(duì)比設(shè)計(jì)的340GHz檢波器可以看出，具有更為理想的長(zhǎng)寬比，有利于電路基片的加工和切片。在實(shí)現(xiàn)接地二極管阻抗良好匹配的前提下，兩種結(jié)構(gòu)電路基片的總長(zhǎng)度分別為：2.8mm和1.26mm，圖5中的電路基片遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于圖4中的基片，極大地縮短了電路基片的長(zhǎng)度，使檢波器電路結(jié)構(gòu)更加緊湊，也因此能夠極大地減少了傳輸損耗，提高檢波效率和靈敏度；另外，由于該結(jié)構(gòu)兩端口間的高隔離度，使得后端電路的阻抗對(duì)接地二極管輸入匹配的牽引很小，保證了匹配的有效性；最后，該結(jié)構(gòu)可以通過(guò)優(yōu)化波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行阻抗匹配，能夠輕松地設(shè)計(jì)出寬帶、窄帶等多種要求的檢波器。