本发明专利技术公开了一种太赫兹基波混频模块，包括金属上基座和金属下基座，金属上基座和金属下基座形成的腔体内设置本振输入端的匹配波导、芯片通道、射频输入端的匹配波导、中频输出电路和直流偏置电路；芯片通道的一端连接本振输入端匹配波导，另一端射频输入端的匹配波导，芯片通道内设置混频芯片，混频芯片粘接到金属上基座上，直流偏置电路上设置去耦电容，去耦电容为片上电容。本发明专利技术基于太赫兹集成电路微纳制备技术，具有结构紧凑、安装简便、集成度高的特点；本发明专利技术中射频及本振两路输入经由各自不同的通路完成信号传输，具有射频本振隔离性能好的特点；本发明专利技术具有混频损耗小的特点；同时具有成本低，一致性好，便于规模制造的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于混频设计领域，特别涉及一种太赫兹基波混频模块。
技术介绍
太赫兹波(Terahertz，简写THz)通常是指频率在0.1THz?1THz (波长为30 μ m ~ 3mm)范围内的电磁波。ITHz(112Hz)对应波数为33.3cm \能量为4.1meV，波长为300 μm0从频谱上看，太赫兹波在电磁波谱中介于微波与红外之间，处于电子学向光子学过渡的区域，处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区。在电子学领域，太赫兹波被称为亚毫米波；在光学领域，它又被称为远红外射线；从能量上看，太赫兹波段的能量介于电子和光子之间。太赫兹混频接收技术具有高分辨率、高灵敏度、全天候工作等特性，在医疗诊断、安检安防、材料分析、国土安全等方面有着日益广阔的应用前景。混频接收性能指标噪声等效温差NE Δ T与Ts/ (B τ )1/2，可知NE Δ T与接收机噪声温度Ts成正比且与接收带宽B成反比，而Ts与B往往取决于前端混频，所以前端混频噪声及带宽性能决定了接收机的混频性會K。太赫兹半导体混频技术在近几年中发展很快，次谐波混频的中频输出fIF等于fRF-2fL01，为了后端处理方便，中频信号fIF—般落在微波端，此时本振频率f ω约等于fRF/2，所以次谐波混频比较容易获得足够的本振激励。而基波混频，它的中频输出fIF等于I fRF_fV。I，本振频率fu3接近射频频率f RPO原理分析表明，基波混频接收的噪声性能优于次谐波混频性能。基波混频电路过去常采用单管形式，特别之处在于其本振信号和射频信号经由同一输入端注入，在光路中需要接准光双工器。光路固有损耗会影响混频性能，同时结构复杂，不便实现阵列集成。而这里的平衡式混频方式可解决射频/本振信号的隔离问题，射频/本振信号分别通过不同路径注入，不需外接双工器，而且该电路结构可对消本振所引入的噪声，噪声性能优于次谐波混频器。
技术实现思路
专利技术目的:本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种芯片集成的太赫兹基波混频电路，在射频/本振信号隔离性能提高的同时保持良好的混频性能。技术方案:本专利技术提供了一种太赫兹基波混频模块，包括金属上基座和金属下基座，金属上基座和金属下基座形成的腔体内分别设置结构相同的射频输入端的匹配波导、芯片通道、本振输入端的匹配波导、中频输出电路、太赫兹混频芯片和直流偏置电路；所述太赫兹混频芯片设置在所述芯片通道内，所述太赫兹混频芯片分别于所述射频输入端的匹配波导、本振输入端的匹配波导和中频输出电路连接，所述直流偏置电路通过去耦电容与所述太赫兹混频芯片连接。进一步，所述混频芯片包括芯片本体和分别设置于芯片本体上的太赫兹肖特基管对、射频输入端的波导微带过渡、本振输入端的波导微带过渡、中频高低阻低通滤波器、第一梁式引线和第二梁式引线；所述芯片本体的两条长边分别通过第一梁式引线和第二梁式引线固定在芯片通道内，太赫兹肖特基管对的两端连接到金属上基座或金属下基座上以形成直流和射频回路，所述射频输入端的波导微带过渡和所述本振输入端的波导微带过渡分别设置于太赫兹肖特基管对的两侧，所述本振输入端的波导微带过渡和中频高低阻低通滤波器相连，中频高低阻低通滤波器和中频输出电路相连以进行中频输出，射频输入端的波导微带过渡和输入波导结构相连，本振输入端的波导微带过渡和输出波导结构相连。进一步，所述去耦电容为设置在混频芯片的片上电容，去耦电容设置在第一梁式引线上。进一步，所述中频输出电路包括第一微带电路、第二微带电路、第一芯片电容和多段键合金丝，所述第一微带电路、第二微带电路和第一芯片电容依次通过键合金丝连接，所述第一芯片电容通过键合金丝与所述太赫兹混频芯片连接。进一步，所述直流偏置电路包括第三微带电路、第四微带电路、第二芯片电容和多段键合金丝，所述第三微带电路、第四微带电路和第二芯片电容依次通过键合金丝连接，所述第二芯片电容通过键合金丝与所述太赫兹混频芯片连接。进一步，所述太赫兹混频芯片为砷化镓薄膜，太赫兹混频芯片的厚度为10?15 μ m，这样有助于降低信号传输损耗。进一步，所述太赫兹肖特基管对的拓扑结构为串联结构。这样利于实现杂波抑制。进一步，所述金属上基座和金属下基座的两侧分别设置连接法兰盘，所述金属上基座和金属下基座通过定位销连接。这样能够实现与外部其他部件的连接。进一步，所述金属上基座和金属下基座上分别设有中频输出SMA连接器，所述中频输出SMA连接器和中频输出电路相连。进一步，所述金属上基座和金属下基座上分别设有直流馈电SMA连接器，所述直流馈电SMA连接器和直流偏置电路相连。混频芯片及其部件的制作工艺选用电子束光刻(EBL，electronic beamlithography)、电感親合反应离子刻蚀(ICP Etching，inductively coupled plasmareactive 1n etching)、分子束外延(MBE，Molecular beam epitaxy)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposit1n)中的任一种。工作原理:本专利技术的本振输入以及射频输入耦合采用损耗较小的波导微带过渡方式，混频芯片上太赫兹肖特基管对采用平衡电路结构，利于实现杂波抑制。通过增加太赫兹肖特基管对的数目，提高对输入功率的承载能力，太赫兹肖特基串联管对完成射频信号与本振信号的基波混频，得到两者的差频也即中频信号。混频芯片长边两侧经第一梁式引线及第二梁式引线固定在芯片通道内，并由第一梁式引线提供直流回路和射频回路，太赫兹肖特基串联管对经由去耦电容提供直流偏置，经芯片电容直流供电。其中，射频及本振两路输入经由各自不同的通路完成信号传输。有益效果:与现有技术相比，本专利技术基于太赫兹集成电路微纳制备技术，结构紧凑、安装简便、集成度高，易于定位及控制装配误差；而且本专利技术在进行混频电路设计时，综合考虑电路匹配与电路结构优化的协同设计，提高了混频性能，混频损耗小的特点；再者，由于避免本振信号和射频信号经由同一端口注入，从而提高了射频本振隔离性能；同时本专利技术生产成本低，一致性好，便于规模制造。【附图说明】图1是本专利技术的立体示意图；图2是金属下基座的立体不意图；图3是金属下基座的俯视图；图4是本专利技术中混频芯片处的局部放大图；图5是本专利技术中混频芯片的结构示意图；图6是太赫兹肖特基管对的局部不意图；图7是本专利技术提供的太赫兹基波混频模块的损耗结果。【具体实施方式】下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1、图2和图3所示，本实施例包括金属上基座I和金属下基座2，金属上基座I和金属下基座2形成的腔体内分别设置结构相同的射频输入端的匹配波导3、芯片通道4、本振输入端的匹配波导5、中频输出电路6、混频芯片7和直流偏置电路8 ;其中，太赫兹混频芯片设置在所述芯片通道内并安装在金属基座上，太赫兹混频芯片7分别于所述射频输入端的匹配波导3、本振输入端的匹配波导5和中频输出电路6连接，直流偏置电路8通过去耦电容与所述太赫兹混频芯片7连接；去耦电容78为设置在混频芯片7的片上电容。为实现与外部其他部本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种太赫兹基波混频模块，其特征在于，包括金属上基座(1)和金属下基座(2)，金属上基座(1)和金属下基座(2)形成的腔体内分别设置结构相同的射频输入端的匹配波导(3)、芯片通道(4)、本振输入端的匹配波导(5)、中频输出电路(6)、太赫兹混频芯片(7)和直流偏置电路(8)；所述太赫兹混频芯片(7)设置在所述芯片通道(4)内，所述太赫兹混频芯片(7)分别于所述射频输入端的匹配波导(3)、本振输入端的匹配波导(5)和中频输出电路(6)连接，所述直流偏置电路(8)通过去耦电容(78)与所述太赫兹混频芯片(7)连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨非，王宗新，孟洪福，窦文斌，孙忠良，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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