[发明专利]基于双Y型片上天线的高温超导分谐波混频器及混频方法

说明书

本发明提供了一种基于双Y型片上天线的高温超导分谐波混频器及混频方法，涉及混频器技术领域，分谐波混频器包括介质基底、透镜、双Y型缝隙电路以及高温超导约瑟夫森结；本振信号与射频信号通过透镜和双Y型缝隙电路构成的天线耦合进入高温超导约瑟夫森结，进行混频，混频产生的中频信号通过级联滤波网络进行输出。通过结构简单的双Y型片上天线与相关的滤波网络来制造基于高温超导技术的分谐波混频器，实现分谐波混频器的混频处理功能，以降低制造难度以及制造成本。

技术领域

本发明涉及谐波混频器技术领域，特别是涉及一种基于双Y型片上天线的高温超导分谐波混频器及混频方法。

背景技术

与常规半导体混频器相比，高温超导混频器的噪声更低，变频增益更高，对本振功率的要求尤其低两三个量级。与低温超导混频器相比，高温超导混频器对制冷温度的要求更易达到，所需制冷机的体积小，重量轻，成本低，易于在航天航空等空间领域应用。因此，高温超导混频器的研究有着重大意义。

谐波混频器的性能一般比基波混频器的差，但是对本振频率的要求会成倍降低。而且基波混频很难隔离本振与射频信号，一般使用分束镜实现二者的隔离，但这样会带来较大的射频损耗，谐波混频可用频率选择表面替换分束器，从而避免射频耦合带来的损耗与性能恶化。综合考虑分谐波混频器在谐波混频其中噪声最低和变频增益最高，设计高温超导分谐波混频器非常重要。虽然现有技术中存在高温超导技术的双频匹配、二次谐波太赫兹混频器可以实现基于高温超导技术的分谐波混频，但是，现有的混频器结构复杂，制造难度大且制造成本高。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于双Y型片上天线的高温超导分谐波混频器及混频方法，旨在降低混频器的制造难度，具体技术方案如下：

在本发明实施例的第一方面，提供一种基于双Y型片上天线的高温超导分谐波混频器，所述分谐波混频器包括介质基底、透镜、双Y型缝隙电路以及高温超导约瑟夫森结；所述透镜安装在所述介质基底的一侧，所述双Y型缝隙电路与所述高温超导约瑟夫森结安装在所述介质基底上与所述透镜相对的一侧；其中，本振信号与射频信号通过透镜和所述双Y型缝隙电路构成的天线耦合进入所述高温超导约瑟夫森结利用混频算法进行混频处理后，产生中频信号。

可选地，所述双Y型缝隙电路包括双Y型片上天线，所述双Y型片上天线的四个分支缝隙的长度均为所述射频信号的波长的四分之一，所述四个分支缝隙每两个相邻的分支缝隙之间的夹角均为90度。

可选地，所述双Y型缝隙电路还包括中间缝隙，所述中间缝隙的长度为2微米至5微米。

可选地，所述双Y型缝隙电路还包括阶梯高低阻抗线，所述阶梯高低阻抗线设置在所述双Y型片上天线的双Y型缝隙的对称中心的一侧。

可选地，所述阶梯高低阻抗线包括第一阶阻抗线和第二阶阻抗线，所述第一阶阻抗线和所述第二阶阻抗线之间的缝隙宽度为所述射频信号的波长的四分之一。

可选地，所述双Y型缝隙电路包括级联滤波网络，所述级联滤波网络设置在与所述阶梯高低阻抗线相对的双Y型缝隙的对称中心的一侧。

可选地，所述级联滤波网络包括共面波导低高阻抗线。

在本发明实施例的第二方面，提供一种混频方法，所述方法应用于第一方面提高的基于双Y型片上天线的高温超导分谐波混频器，所述分谐波混频器包括介质基底、透镜、双Y型缝隙电路以及高温超导约瑟夫森结，所述透镜安装在所述介质基底的一侧，所述双Y型缝隙电路与所述高温超导约瑟夫森结安装在所述介质基底上与所述透镜相对的一侧，所述方法包括：控制本振信号与射频信号通过所述透镜和所述双Y型缝隙电路构成的天线耦合进入所述高温超导约瑟夫森结利用混频算法进行混频处理后，产生中频信号。

可选地，所述混频算法为：fo＝fi±2fL，其中，fo为输出的中频信号的频率，fi为射频信号的频率，fL为本振信号的频率。