[发明专利]基于异质集成的太赫兹低噪声小型化镜频抑制收发前端

说明书

本发明提供基于异质集成的太赫兹低噪声小型化镜频抑制收发前端，属于太赫兹无线通信技术领域，包括上下布置的中频电路和太赫兹电路，太赫兹电路包括本振三倍频器、135°3 dB滤波耦合器、射频波导功分器和两个石英异质集成分谐波混频器；135°3 dB滤波耦合器的输入单元、第一输出单元、隔离单元和第二输出单元的谐振腔依次通过谐振凹槽耦合构成环形结构，输入单元的谐振腔腔长为其他三个单元的两倍，第一输出单元与第二输出单元的波导电长度差45°。本发明采用兼具滤波和耦合双重功能的环形结构的135°3 dB滤波耦合器，实现电路小型化，同时抑制本征噪声，获得低噪声镜频抑制收发前端。

技术领域

本发明属于太赫兹无线通信技术领域，具体涉及基于异质集成的太赫兹低噪声小型化镜频抑制收发前端。

背景技术

太赫兹波是指频率在0.1~10 THz范围的电磁波，其频谱位于毫米波与红外光波之间，兼具了微波和光波的特性并具有独特的特点，这使得太赫兹技术成为电子学和光子学研究的重要扩展。由于太赫兹波的适中波束宽度、极大带宽和高保密性等特点，其在高速无线通信领域的应用前景引起国内外广泛关注，急需开展太赫兹高速通信新体制和新方法研究，而太赫兹集成收发前端技术是其核心之一。

目前已报道的太赫兹固态高速通信系统收发前端存在噪声性能较差、电路集成度不高、镜频抑制能力弱等问题。噪声性能差主要是由于收发前端混频器的本振驱动源采用多次倍频方式，倍频次数往往在十次以上，极大地恶化了噪声的性能。由于太赫兹电路尺寸较小，如果简单的将各电路进行集成，虽然可以减小系统体积实现便携化，但是体积减小会增加加工难度，各电路之间的相互干扰也会加剧，所以合理的电路架构非常重要。同时，由于太赫兹电路十分精密，传统的人工装配会引入不确定的人工装配误差，从而导致电路性能的恶化。并且当需要多个电路时，人工装配也无法保证电路一致性。在镜频抑制收发前端中，两个混频器性能的不一致性会极大地降低收发前端的镜频抑制能力。

太赫兹镜频抑制接收前端国外已有报道[B. Thomas, S. Rea, B. Moyna, etal. A 320-360 GHz subharmonically pumped image rejection mixer using planarSchottky diodes[J]. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2009, 19(2): 101-103]，但受制于电路架构不完善，镜频抑制度较差。对比传统结构，本专利提出一种新型镜频抑制收发前端架构，实现低噪声小型化。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了基于异质集成的太赫兹低噪声小型化镜频抑制收发前端，采用环形的135°3 dB滤波耦合器，减小电路尺寸，同时实现低噪声镜频抑制。

本发明具体技术方案如下：

基于异质集成的太赫兹低噪声小型化镜频抑制收发前端，其特征在于，包括上下布置的中频电路和太赫兹电路；所述太赫兹电路包括本振三倍频器、135°3 dB滤波耦合器、第一石英异质集成分谐波混频器、第二石英异质集成分谐波混频器和射频波导功分器；所述135°3 dB滤波耦合器包括均由谐振腔和波导构成的输入单元、第一输出单元、第二输出单元和隔离单元，输入单元、第一输出单元、隔离单元和第二输出单元的谐振腔依次通过谐振凹槽耦合构成环形结构；其中，输入单元的谐振腔腔长为其他三个单元的谐振腔腔长的两倍，第一输出单元的波导与第二输出单元的波导的电长度相差45°，使得第一输出单元与第二输出单元输出信号的相位差为135度；

射频信号经射频波导功分器平分为两路信号，分别进入第一石英异质集成分谐波混频器和第二石英异质集成分谐波混频器；本振信号经本振三倍频器倍频后，被135°3 dB滤波耦合器滤波耦合为两路本振驱动信号，分别进入第一石英异质集成分谐波混频器和第二石英异质集成分谐波混频器驱动混频；第一石英异质集成分谐波混频器和第二石英异质集成分谐波混频器混频后产生的中频分量分别输入至中频电路，经90°耦合、放大后，输出上边带（USB）信号和下边带（LSB）信号，实现镜频抑制功能。