[发明专利]一种频率可调节、功率可调谐的太赫兹雪崩振荡器

说明书

技术领域

本发明属于太赫兹电路技术领域，特别涉及工作在太赫兹频段的可调谐式雪崩振荡器腔体电路。

背景技术

太赫兹技术是当前学术研究的热点，能够被应用于物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文、安全检查、反恐探测、卫星通信和雷达探测等与国民经济和社会发展密切相关的领域。

太赫兹上述应用中，太赫兹频率源的实现是太赫兹系统应用的前提和关键，雪崩二极管作为传统的固态功率器件，能够稳定工作在太赫兹频段低端，具有良好的功率和频率特性。因此利用雪崩二极管实现太赫兹频段的固态振荡器是获取太赫兹信号的有效方式。然而，雪崩二极管封装为立体封装结构，因而雪崩振荡器的电路也采用波导腔体的这种立体电路结构。在太赫兹频段，与平面电路相比，基于波导腔体结构的电路具有以下特点：

（1）在电路设计方法方面，平面电路主要基于电路理论的方法进行设计优化，可利用仿真软件进行电路的较精确仿真优化；而波导腔体电路则主要基于电磁场分布的理论和方法进行设计优化，主要依靠波导电路内部的电磁场分布与传播特性，进行电路的指导性设计。

（2）在电路结构的实现方面，波导腔体电路对精密机械加工的精度要求极高，加工精度的误差范围达到了微米量级。因此，腔体电路设计的结构尺寸与实际加工的结构尺寸必然存在一定的偏差，会影响整个电路的性能。所以通常在腔体电路的设计中，要求电路自身存在一定的可调谐性。对于振荡器其主要参数为输出频率和输出功率，保证对输出频率和输出功率的可调谐性，可以降低对加工精度和二极管参数一致性的依赖，保证产品成功率。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种频率可调节、功率可调谐的太赫兹雪崩振荡器。

本发明的技术方案是：一种频率可调节、功率可调谐的太赫兹雪崩振荡器，包括上腔压块、馈电正极金属膜片、绝缘垫片、馈电负极金属垫片固定螺钉、馈电负极金属垫片、上腔体、下腔体；还包括调谐活塞、活塞锁紧螺母、管座装配顶针锁紧螺母、管座装配顶针、弹簧顶针、弹簧、调谐帽盘、雪崩二极管；

雪崩振荡器的振荡腔由上腔体与下腔体组合而成，下腔体的腔体顶面加工有波导槽，波导槽与上腔体组合构成了标准波导腔；雪崩二极管通过管座装配顶针装配在下腔体顶面中心的波导腔中，且通过旋转管座装配顶针能够调整雪崩二极管在波导腔中的高低位置，调整到位后通过锁紧螺母固定；调谐活塞中自上而下依次安装弹簧顶针、弹簧和调谐帽盘，装配有调谐帽盘、弹簧、弹簧顶针的调谐活塞从上腔压块中旋入直达波导腔，由弹簧保证调谐帽盘在雪崩二极管不同的高低位置时始终保持与雪崩二极管物理接触；调谐活塞的位置通过活塞锁紧螺母固定。

所述的调谐帽盘包括帽盘固定轴和帽盘；帽盘固定轴在调谐活塞中与弹簧接触，帽盘固定轴的下端安装帽盘，所述的帽盘为椭圆形。

所述的椭圆形帽盘的设计步骤如下：

（1）将要求或预定输出的频率作为中心频率f₀，根据加工工艺确定一个频率范围，所述的频率范围设置为中心频率左右3GHz；

（2）根据有源帽盘谐振腔体谐振频率公式计算出f₀-3GHz频率对应的帽盘直径D，然后计算出f₀+3GHz频率对应的帽盘直径d；

（3）将D作为长轴，d作为短轴设计椭圆帽盘。

通过旋转调谐活塞改变椭圆帽盘的侧面投影尺寸，实现频率覆盖。

本发明的原理是：

为了实现振荡器输出频率和输出功率的调谐特性，首先对传统的圆形帽盘结构的振荡器的电磁特性进行了研究，圆形帽盘与有源器件的紧密结合构成了一种开放式的径向腔结构，有源器件在开放式径向腔中激励起的电场和磁场可以表示为：

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