一种基于开口环谐振阵列近场调控的太赫兹三倍频结构、三倍频器及电子设备

本发明涉及太赫兹固态源及太赫兹倍频器，尤其涉及一种基于开口环谐振阵列近场调控的太赫兹三倍频结构、三倍频器及电子设备。

背景技术：

1、太赫兹频段在宽带通信、高分辨率雷达、成像探测、天文观测等领域中具有重要应用价值。基于肖特基势垒二极管的固态倍频器能够在室温条件下产生稳定的高频相干信号，是太赫兹源链路中的重要器件。对于90ghz至510 ghz等高频段三倍频器而言，通常采用悬置微带、波导探针和反并联肖特基二极管芯片来实现基波输入、非线性倍频和三次谐波输出。

2、随着工作频率进入亚毫米波及太赫兹频段，倒装二极管芯片、互连焊点、金属焊盘、介质基板和金属腔体之间的近场电磁耦合显著增强。传统设计多将二极管近似为集总参数非线性元件，主要依赖外围输入/输出匹配网络实现改善性能。但这种方式对二极管芯片下方及其周围局域电磁环境的调控不足，容易出现表面电流在金属焊盘和介质基板附近发散、局域电场难以集中、宽带匹配平坦度受限等问题。

3、因此，亟需开发一种能够在倒装肖特基二极管近场区域构建人工电磁边界，并与宽带匹配网络协同设计的太赫兹三倍频结构，从而增强高频封装环境下二极管结区的有效激励，提升倍频器的宽带输出稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于开口环谐振阵列近场调控的太赫兹三倍频结构、三倍频器及电子设备，以解决传统倒装肖特基二极管三倍频器中二极管近场区域缺乏有效电磁边界调控、表面电流发散及宽带匹配平坦度不足的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于开口环谐振阵列近场调控的太赫兹三倍频结构，包括金属腔体，所述金属腔体内设有悬置介质基板；所述悬置介质基板具有第一表面，所述第一表面上设有输入匹配网络、输出匹配网络、开口环谐振阵列和肖特基二极管组件；

4、所述肖特基二极管组件通过其底部的倒装互连点悬置装配于第一表面背向金属腔体底壁的一侧，倒装互连点位于肖特基二极管组件与第一表面之间，且倒装互连点分别与输入匹配网络和输出匹配网络在第一表面上的信号线端部对应电连接；

5、所述开口环谐振阵列沿信号传输方向设于输入匹配网络与所述输出匹配网络之间，并位于肖特基二极管组件在第一表面上的投影区域内；所述开口环谐振阵列与肖特基二极管组件在垂直于第一表面的方向上相对且间隔设置，以构成近场耦合结构；

6、所述开口环谐振阵列的单元周期和几何尺寸被配置为：在基波和三次谐波频段内，调控所述肖特基二极管组件区域内的电流分布和电场分布。

7、进一步的，所述肖特基二极管组件包括反并联肖特基二极管芯片，所述反并联肖特基二极管芯片的结区朝向开口环谐振阵列设置。

8、进一步的，所述开口环谐振阵列包括多个开口环谐振单元，多个开口环谐振单元在第一表面上呈周期性排布。

9、更进一步的，所述多个开口环谐振单元在第一表面上呈二维阵列排布，且多个开口环谐振单元沿输入匹配网络与输出匹配网络之间的信号传输方向成组布置。

10、更进一步的，每个所述开口环谐振单元包括金属环臂和形成于金属环臂上的电容开口，所述电容开口朝向肖特基二极管组件在第一表面上的投影区域的中心方向。

11、进一步的，所述金属腔体在悬置介质基板的厚度方向的相对两侧分别形成上屏蔽腔和下屏蔽腔。

12、一种太赫兹三倍频器，包括太赫兹三倍频结构、输入波导腔和输出波导腔，所述太赫兹三倍频结构为上述基于开口环谐振阵列近场调控的太赫兹三倍频结构，其输入匹配网络与输入波导腔耦合，输出匹配网络与输出波导腔耦合。

13、一种电子设备，包括上述太赫兹三倍频器。

14、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

15、1，本发明将开口环谐振阵列设置于倒装肖特基二极管组件对应的近场区域内，通过开口环谐振单元形成的等效高阻抗表面响应改变二极管芯片下方的电磁边界条件，降低高频表面电流沿介质基板横向扩散程度，从而改善二极管区域内的局域电磁分布；

16、2，本发明开口环谐振单元的数量和排布能够根据倒装芯片尺寸及二极管组件区域进行调整，使近场调控区域与二极管有效工作区域相匹配，有利于改善二极管区域内的电场分布；

17、3，本发明开口环谐振阵列与输入、输出匹配网络及屏蔽腔协同工作，有利于改善三倍频器在宽频带内的阻抗匹配、输出功率平坦度和转换效率稳定性；

18、4，本发明的太赫兹三倍频结构主要由平面金属图形和悬置介质基板构成，适合光刻加工及倒装装配。

1.一种基于开口环谐振阵列近场调控的太赫兹三倍频结构，其特征在于，包括金属腔体，所述金属腔体内设有悬置介质基板；所述悬置介质基板具有第一表面，所述第一表面上设有输入匹配网络、输出匹配网络、开口环谐振阵列和肖特基二极管组件；

2.根据权利要求1所述的太赫兹三倍频结构，其特征在于，所述肖特基二极管组件包括反并联肖特基二极管芯片，所述反并联肖特基二极管芯片的结区朝向开口环谐振阵列设置。

3.根据权利要求1所述的太赫兹三倍频结构，其特征在于，所述开口环谐振阵列包括多个开口环谐振单元，多个开口环谐振单元在第一表面上呈周期性排布。

4.根据权利要求3所述的太赫兹三倍频结构，其特征在于，所述多个开口环谐振单元在第一表面上呈二维阵列排布，且多个开口环谐振单元沿输入匹配网络与输出匹配网络之间的信号传输方向成组布置。

5.根据权利要求3所述的太赫兹三倍频结构，其特征在于，每个所述开口环谐振单元包括金属环臂和形成于金属环臂上的电容开口，所述电容开口朝向肖特基二极管组件在第一表面上的投影区域的中心方向。

6.根据权利要求1所述的太赫兹三倍频结构，其特征在于，所述金属腔体在悬置介质基板的厚度方向的相对两侧分别形成上屏蔽腔和下屏蔽腔。

7.一种太赫兹三倍频器，包括太赫兹三倍频结构、输入波导腔和输出波导腔，所述太赫兹三倍频结构为权利要求1至6任意一项所述的太赫兹三倍频结构，其输入匹配网络与输入波导腔耦合，输出匹配网络与输出波导腔耦合。

8.一种电子设备，包括权利要求7所述的一种太赫兹三倍频器。