对频率进行混频或倍频的装置

技术领域

本公开涉及通信技术领域，尤其涉及一种对频率进行混频或倍频的装置。

背景技术

近年来，太赫兹波技术作为重要的研究领域，在国内外已经受到越来越广泛的关注。然而，无论太赫兹波应用于哪个方面以及哪个频段，都离不开对太赫兹波的接收，对于最为常用的基于超外差体制的接收机来说，实现频率下变频作用的混频器是其中的一个关键部件。在固态太赫兹雷达和通信等系统中，由于低噪声放大器实现较为困难，混频器就成为了接收端的第一级，所以混频器性能的好坏直接关系到整个接收机系统的性能。同时，由于同频段高性能本振源实现难度大，所以采用分谐波混频技术是解决此问题的有效途径。

随着系统性能要求的提升，对接收机的指标需求也不断提高，为提高集成度或者成像分辨率，接收机的多通路集成是一个关键问题。由于当前太赫兹混频器主流采用铜或铝等金属腔体材料，可以达到较好的通道间隔距离，所以目前仍以单通道独立的形式来拼接多通道，但是由于金属腔体机械加工要求的限制，很难将多通道间距做小来提高整体集成度。

发明内容

本公开的一个目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

根据本公开的实施例，提供了一种对频率进行混频或倍频的装置，包括：包括：

金属壳体，所述金属壳体包括盒体和盖体，所述盒体和所述盖体扣合在一起以限定一金属腔体；

至少一个变频单元，所述至少一个变频单元包括：

微带线，所述微带线位于所述金属腔体内；以及

通道结构，所述通道结构包括分别穿过所述金属壳体并与所述微带线耦合的射频信号输入通道、本振信号输入通道和信号输出通道，所述信号输出通道与所述微带线所在的平面成一角度地引出。

根据本公开的一种示例性实施例的装置，所述信号输出通道垂直于所述微带线所在的平面。

根据本公开的一种示例性实施例的装置，所述信号输出通道采用下列方式中的一种引出：a.SMA接头；b.玻璃绝缘子；c.同轴金属柱结构。

根据本公开的一种示例性实施例的装置，所述SMA接头通过金丝绑定与所述微带线的频率输出端口连接。

根据本公开的一种示例性实施例的装置，所述玻璃绝缘子通过金丝绑定与所述微带线的频率输出端口连接。

根据本公开的一种示例性实施例的装置，所述同轴金属柱结构包括金属针以及沿所述金属针的轴向方向套设在所述金属针上的多个间隔设置的第二柱状部，所述第二柱状部中的一个与所述金属壳体连接，所述金属针通过金丝绑定与所述微带线的频率输出端口连接。

根据本公开的一种示例性实施例的装置，相邻的两个所述第二柱状部的直径不同。

根据本公开的一种示例性实施例的装置，所述变频单元的所述射频信号输入通道和所述本振信号输入通道均垂直于所述微带线的长度方向引入并耦合到所述微带线。

根据本公开的一种示例性实施例的装置，所述变频单元的所述射频信号输入通道和所述本振信号输入通道的引入方向是相反的。

根据本公开的一种示例性实施例的装置，当所述变频单元的数量为多个时，多个所述变频单元被分成一组或两组，每组所述变频单元沿所述微带线的长度方向排成一排。

根据本公开的一种示例性实施例的装置，当多个所述变频单元被分成两组时，两组所述变频单元分别设置在所述盒体和所述盖体中，并呈镜像对称排布。

根据本公开的一种示例性实施例的装置，每排所述变频单元的射频信号输入通道互相平行且端口对齐，每排所述变频单元的本振信号输入通道互相平行且端口对齐。

根据本公开的一种示例性实施例的装置，每排所述变频单元的信号输出通道互相平行，且每排所述变频单元中相邻的两个信号输出通道的引出方向是相反的。

根据本公开的一种示例性实施例的装置，当所述变频单元的数量为多个时，多个所述变频单元的本振信号输入通道通过功分器汇集到一个端口。

根据本公开上述各种实施例所述的对频率进行混频或倍频的装置，通过将信号输出通道的引出方向由平行于微带线所在平面的方向改为与微带线所在平面成一角度的方向，从而避免了射频信号输入通道、本振信号输入通道和信号输出通道存在于同一平面内而导致集成度较差的问题。

附图说明

图1示出根据本公开的一种示例性实施例的具有单个变频单元的太赫兹混频器的示意图。

图2示出根据本公开的另一种示例性实施例的具有多个变频单元的太赫兹混频器的示意图。

图3示出根据本公开的再一种示例性实施例的具有单个变频单元的太赫兹混频器的示意图。

图4示出根据本公开的又一种示例性实施例的具有多个变频单元的太赫兹混频器的示意图。

图5根据本公开的一种示例性实施例的玻璃绝缘子的示意图。

图6示出根据本公开的再一种示例性实施例的具有单个变频单元的太赫兹混频器的意图。

图7示出根据本公开的又一种示例性实施例的具有多个变频单元的太赫兹混频器的示意图。

图8根据本公开的一种示例性实施例的同轴金属柱结构的示意图。

图9示出根据本公开的又一种示例性实施例的太赫兹混频器的多个变频单元在盒体上的分布示意图。

图10示出根据本公开的又一种示例性实施例的太赫兹混频器的多个变频单元在盖体上的分布示意图。

具体实施方式

虽然将参照含有本公开的较佳实施例的附图充分描述本公开，但在此描述之前应了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的发明，同时获得本公开的技术效果。因此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且其内容不在于限制本公开所描述的示例性实施例。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

根据本公开的总体上的发明构思，提供了一种对频率进行混频或倍频的装置，其包括金属壳体，所述金属壳体包括盒体和盖体，所述盒体和所述盖体扣合在一起以限定一金属腔体；至少一个变频单元，所述至少一个变频单元包括微带线，所述微带线位于所述金属腔体内；以及通道结构，所述通道结构包括穿过所述金属壳体并分别与所述微带线耦合的射频信号输入通道、本振信号输入通道和信号输出通道，所述信号输出通道与所述微带线所在的平面成一角度地引出。

根据本公开的太赫兹混频器是射频过渡微带线混频器，主要包括金属壳体以及位于金属壳体内的至少一个变频单元，该金属壳体包括盒体以及例如通过螺丝与盒体扣合在一起的盖体，当盒体和盖体扣合在一起时能够在金属壳体内限定一金属腔体。此外，该金属壳体上还设置有波段端口标准法兰结构。为了便于盖体和盒体的连接，该太赫兹混频器还设置有对位销钉等。

图1示出根据本公开的一种示例性实施例的具有单个变频单元的太赫兹混频器的示意图。图2示出根据本公开的另一种示例性实施例的具有多个变频单元的太赫兹混频器的示意图。

如图1和图2所示，该太赫兹混频器的变频单元包括微带线107和通道结构，该微带线107位于金属腔体内。通道结构包括穿过金属壳体并分别与微带线107耦合的射频信号输入通道101、本振信号输入通道102和信号输出通道，微带线107的一部分分别延伸至射频信号输入通道101和本振信号输入通道102所在的金属腔体内，以形成用于接收射频输入信号和本振输入信号的天线104。其中，混频器中其他部分构成及尺寸参数可参考现有技术，或其他文献或专利。

下面结合更具体的示例对本方案的具体内容进行说明，应理解，图中尺寸与比例仅用于说明，与实际的结构无关。

如图1和图2所示，根据本公开的混频器的射频信号输入通道101和本振信号输入通道102分别形成在限定金属腔体的盒体(或盖体)中，并与微带线107所在的平面平行，而信号输出通道(在该实施例中，为中频信号输出通道)垂直于微带线107所在的平面，并通过SMA接头112从盖体或盒体引出。该太赫兹混频器通过SMA接头将混频器的中频信号引出方向，由平行于微带线107所在平面的方向改为与微带线107所在平面垂直的方向，从而避免了射频信号输入通道、本振信号输入通道和信号输出通道存在于同一平面内而导致集成度较差的问题，并且在保证混频器基本高频特性的同时，降低多通路集成的复杂度及加工成本，提高了混频器集成方式的灵活性，并为进一步系统集成提供了有利条件。

如图1和图2所示，该SMA接头112为穿墙结构，并具有金属针，该金属针指向垂直纸面向外，且其一端与微带线107齐平，并通过金丝绑定与微带线107的中频信号输出端口103连接，从而实现中频信号的垂直引出。需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，该SMA接头112也可以采用其它接头，例如2.92mm接头。

图3示出根据本公开的再一种示例性实施例的具有单个变频单元的太赫兹混频器的示意图。图4示出根据本公开的又一种示例性实施例的具有多个变频单元的太赫兹混频器的示意图。图5根据本公开的一种示例性实施例的玻璃绝缘子的示意图。

在本公开的一些实施例中，如图3和图4所示，信号输出通道通过玻璃绝缘子垂直引出。具体地，如图5所示，玻璃绝缘子包括金属针212以及套设在金属针212的中部上的第一柱状部213。该金属针212指向垂直纸面向外，且其第一端与微带线107齐平，并通过金丝绑定与微带线107的中频信号输出端口103连接。第一柱状部213由绝缘玻璃介质制成，在第一柱状部213的外表面上设置有金属层214，第一柱状部213与限定金属壳体的盖体或盒体连接，例如位于形成在盖体或盒体中的孔中。

在本公开的一些实施例中，玻璃绝缘子的金属针212的与第一端相反的第二端连接有SMA接头，以便与外部部件连接。

图6是示出根据本公开的再一种示例性实施例的具有单个变频单元的太赫兹混频器的意图。图7是示出根据本公开的又一种示例性实施例的具有多个变频单元的太赫兹混频器的示意图。图8是根据本公开的一种示例性实施例的同轴金属柱结构的示意图。

在本公开的一些实施例中，如图6和图7所示，信号输出通道通过同轴金属柱垂直引出。具体地，如图8所示，同轴金属柱包括金属针312以及沿金属针312的轴向方向套设在金属针312上的多个间隔设置的第二柱状部313A、313B、313C，第二柱状部313A、313B、313C中的一个(优选远离中频信号输出端口103的那一个)与金属壳体连接，该金属针312指向垂直纸面向外，且其第一端与微带线107齐平，并通过金丝绑定与微带线的中频信号输出端口103连接。

在本公开的一种示例性实施例中，如图8所示，相邻的两个第二柱状部313A、313B、313C中的直径不同。该同轴金属柱通过采用粗细不同的第二柱状部，以形成有效的滤波器特性，从而可以对射频信号及本振信号进行过滤，以保证中频信号的输出。由于同轴金属柱集成低通滤波器而缩短了石英微带线的整体长度，从而提高多通路混频器的集成度。

在本公开的一些实施例中，同轴金属柱的金属针312的与第一端相反的第二端连接有SMA接头，以便与外部部件连接。

需要说明的是，虽然在上述实施例中，通过SMA接头或玻璃绝缘子或同轴金属柱将混频器的中频信号引出方向，由平行于微带线107所在平面的方向改为与微带线107所在平面垂直的方向，然而，本领域的技术人员应当理解，在本公开的其它一些实施例中，也可以使得中频信号引出方向与微带线107所在平面呈一角度，该角度不等于零。

在本公开的一些示例性实施例中，如图1-4、图6和图7所示，变频单元的射频信号输入通道101和本振信号输入通道102均垂直于微带线107的长度方向引入并直接耦合到微带线。需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本公开的其它一些实施例中，变频单元的射频信号输入通道101和本振信号输入通道102也可以采用其它方向引入，例如变频单元的射频信号输入通道101和本振信号输入通道102均平行于微带线107的长度方向引入并通过一次90°转弯耦合到微带线。

在本公开的一种示例性实施例中，如图1-4、图6和图7所示，变频单元的射频信号输入通道101和本振信号输入通道102的引入方向是相反的，以避免射频信号输入通道101和本振信号输入通道102及与其相关联的部件在空间位置上发生干涉，同时可以缩短微带线104的整体长度，以进一步提高混频器的集成度。然而，需要说明的是，在本公开的其它一些实施例中，变频单元的射频信号输入通道101和本振信号输入通道102的引入方向也可以是相同的。此外，在本公开的其它一些实施例中，变频单元的射频信号输入通道101和本振信号输入通道102的引入方向也可以不平行。

在一种示例性实施例中，如图2、图4和图7所示，当变频单元的数量为多个时，多个变频单元沿微带线107的长度方向排成一排。然而，需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本公开的其它一些实施例中，也可以采用其它排布方式，其具体排布方式可根据需求进行调整。

在变频单元的射频信号输入通道101和本振信号输入通道102均平行于微带线107的长度方向引入，并通过一次90°转弯耦合到微带线107的情况下，当变频单元的数量为多个时，多个变频单元可以沿垂直于微带线107的长度方向的方向排成一排。然而，需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本公开的其它一些实施例中，也可以采用其它排布方式，其具体排布方式可根据需求进行调整。

在一种示例性实施例中，如图2、图4和图7所示，每排变频单元的射频信号输入通道101互相平行且端口对齐、本振信号输入通道102互相平行且端口对齐，以保证多通路接收机的信号接收及输入的本振信号的一致。

上述混频器的工作过程包括，需要接收的太赫兹信号，通过射频信号输入通道101，在E面探针的波导-过渡-微带线结构中，将太赫兹信号传输到微带线107的天线104中；由本振信号输入通道102进入的本振信号，经过双工器的微带过渡结构107，和本振低通滤波器106后，在砷化镓肖特基二极管109中与射频信号发生混频，射频信号与本振的二次谐波进行混频，做差后的中频信号，经过中频滤波器108到达中频信号输出端口103，再由SMA接头或玻璃绝缘子或同轴金属柱传输到负载上。为避免肖特基二极管109对的非一致性而产生的直流偏量，由微带线107中引出接金属腔体的接地线105，可以通过导电银胶涂抹至最近的金属腔体上，也可以通过金丝绑定焊接到最近的金属腔体上。

图9示出根据本公开的又一种示例性实施例的太赫兹混频器的多个变频单元在盒体上的分布示意图。图10示出根据本公开的又一种示例性实施例的太赫兹混频器的多个变频单元在盖体上的分布示意图。

在一种示例性实施例中，如图9和图10所示，当变频单元的数量为多个时，多个变频单元被分成两组，两组变频单元分别设置在盒体(见图9)和盖体(见图10)中，并呈镜像对称。具体地，位于盖体中的变频单元的微带线装配位置I对应于位于盒体中的变频单元的微带线上的空气腔位置II；位于盖体中的变频单元的微带线上的空气腔位置II对应于位于盒体中的变频单元的微带线装配位置I。这样，上下相邻通道的中频信号引出方向相反，以分别从盒体和盖体引出，从而给SMA接头或玻璃绝缘子或同轴金属柱预留出较大空间。如果SMA接头或玻璃绝缘子或同轴金属柱的最大外径为a，那么保证通道间间距不小于a/2即可。如果想进一步降低通道间间距，可采用中频输出端的定制小尺寸接头。

在一种示例性实施例中，如图9和图10所示，每排变频单元的信号输出通道103互相平行且相邻的两个信号输出通道的引出方向是相反的，以进一步地给SMA接头或玻璃绝缘子或同轴金属柱预留出较大空间。

在一种示例性实施例中，如图9和图10所示，在盒体和盖体对应的位置处进行标记A-A’-B’-B，以避免错误地扣合。

需要说明的是，当变频单元的数量为多个时，这多个变频单元可以为一组，该组变频单元都设置在盒体上，也可以都设置在盖体上。

在一种示例性实施例中，多个变频单元的本振信号输入通道102可以通过功分器(一转四，或者一转八等形式)汇集到一个端口，然后再通过本振源输入信号，以实现混频器的同时工作。

需要说明的是，该微带线107可以为基于石英基底的微带线结构、基于蓝宝石的微带线结构，可以为普通微带线结构，也可以为悬置微带线结构，可以为基于砷化镓(GaAs)的单片集成微带线电路，也可以为磷化铟(InP)的单片集成微带线电路等。此外，该金属壳体的材料包括但不限于铝或者黄铜等合金金属，以及基于硅，或者砷化镓、磷化铟等半导体材料，该金属壳体限定的金属腔体可以为采用微机械加工(MEMS)工艺加工带有金属内壁的屏蔽腔结构，也可以采用微同轴工艺加工带有金属内壁的屏蔽腔结构。

此外，在本公开的一种示例性实施例中，天线104可以与射频信号输入通道101集成并一起加工，且天线104的尺寸可以根据通道间距进行优化设计，以保证系统对接收机参数的需求。

此外，本领域的技术人员应当理解，该混频器的谐波类型并不限定，可以是单端、单平衡、双平衡、三平衡或I/Q等无源混频器。混频器的多个本振信号输入通道可以通过功分器(一转四，或者一转八等形式)汇集到一个通过，再通过本振源输入信号，实现混频器的同时工作。

该太赫兹混频器通过将混频器的中频信号引出方向，由平行于微带线107所在平面的方向改为与微带线107所在平面垂直的方向，从而避免了射频信号输入通道、本振信号输入通道和信号输出通道存在于同一平面内而导致集成度较差的问题，并且在保证混频器基本高频特性的同时，降低多通道集成的复杂度及加工成本，提高了混频器集成方式的灵活性，并为进一步系统集成提供了有利条件。此外，虽然上述实施例中均以混频器为例进行了说明，然而，本领域的技术人员应当理解，在本公开的其它一些实施例中，该装置也可以适用于倍频器。

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。

在详细说明本公开的较佳实施例之后，熟悉本领域的技术人员可清楚的了解，在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变，且本公开亦不受限于说明书中所举示例性实施例的实施方式。