基于超导HEB混频器的太赫兹超宽带耦合电路设计

超导HEB(Hot Electron Bolometer)热电子混频器是1THz以上灵敏度最高的相干探测器,为了进一步提高其灵敏度,有效减小射频信号在传输路径中的损耗,实现超导HEB混频器的超宽带混频功能,设计高耦合效率的射频匹配电路尤为重要。首先提出了混频器耦合电路的理论模型,然后采用三维电磁场仿真软件HFSS和类似于准光学天线的集总源法,设计了一种超宽带、低损耗的太赫兹信号耦合电路,对超导HEB混频器的嵌入阻抗在整个0.9～1.3THz的工作频带范围内进行了详细的分析。系统研究了低通滤波器中高低阻抗线结构,波导到微带转换中存在的高次模对射频信号传输的影响,并模拟仿真了实验中可能出现的磨片厚度误差对嵌入阻抗的影响。分析结果表明,该混频器的嵌入阻抗为35Ω-j10Ω左右,在整个工作频带内变化缓慢,能够实现超宽频带匹配,混频器的相对工作带宽可达到36%,仿真结果和理论模型计算结果完全一致。该研究结果对研制超宽带高灵敏度的超导HEB混频器具有很好的指导意义。