5 THz混频二极管等效电路模型研究

采用电磁场和电路联合仿真,基于直流测试和三维电磁建模仿真技术,建立了截止频率5 THz的混频肖特基二极管的等效电路模型。重点研究了二极管的非线性结模型和外围结构三维电磁全波仿真模型,构建了考虑实际电路形式的四端口三维电磁全波仿真模型。该等效电路模型可用于太赫兹低频段混频模块设计,该模型的建立方法也为更高频段模型的建立提供了一种参考。基于该模型设计了一款220 GHz分谐波混频器,在192~230 GHz宽带范围内,双边带变频损耗小于10 dB,测试结果与仿真结果较为一致。     

0.1 THz鳍线单平衡式基波混频电路研究

研究了一种基于石英基片的0.1 THz频段的鳍线单平衡混频电路,混频电路的射频和本振信号分别从WR10标准波导端口通过波导单面鳍线微带过渡和波导微带探针过渡输入,中频信号通过本振中频双工器输出。这是一种新型的混频电路形式,与传统的W波段混频器相比,混频电路可以省略一个复杂的W波段滤波器,具有电路设计简单、安装方便的特点。该电路使用两只肖特基二极管通过倒装焊工艺粘结在厚度为75 m的石英基片上,石英基片相对传统基板,可以极大提高电路加工精度。在固定50 MHz中频信号时,射频90~110 GHz范围内,0.1 THz混频器单边带变频损耗小于9 dB。     

基于TRL的3mm波段变容二极管对建模方法

本文在商用变容二极管的简化电路模型基础上,对非线性肖特基结和周围的无源结构进行了基于石英介质的TRL去嵌入建模分析,在考虑二极管无源区和封装环境各种寄生参量情况下,建立了精确的3mm波段二极管对电路模型.采用TRL算法,通过拟合初始二极管S参数曲线和TRL测试参数确定芯片电路模型中各集总参数元件数值.二极管对在片各项测试结果和基于改进的电路模型仿真结果相吻合.该二极管对电路模型建模方法可应用于毫米波亚毫米波混频倍频电路的准确分析与设计.     

140 GHz基于CPWG单平衡基波混频GaAs集成电路

通过在300 μm厚度的GaAs衬底条件下,利用共面波导传输线实现了基波混频集成电路设计。利用半导体分析仪测试I-U和C-U曲线,并成功提取了相应的肖特基二极管模型。结合建立的肖特基二极管模型,代入Lange耦合器、中频结构和匹配网络等实现了140 GHz零中频基波混频片上电路,并加入了地-信号-地(GSG)测试封装。最终仿真结果表明：在固定中频1 GHz的条件下,变频损耗最优为-7 dB,3 dB带宽大于40 GHz。     

Ka波段宽带混频器

一种采用电子部五十五所的小型砷化镓肖特基势垒混频二极管设计研制的双脊波导型鳍线式的八毫米混频器取得了良好的性能.这种电路简单到只用三种零件构成,即拼合波导,鳍线及调节牲.电路型式采取平衡式联接的混频电路,信号波导采取双脊型的.鳍线在电路中能起三个作用:本振的耦合,信号的匹配,低通滤波器.     

340 GHz固定调谐分谐波混频器

基于最新研制的小阳极结反向并联肖特基二极管芯片,设计和制造了320~360 GHz固定调谐分谐波混频器。混频器的结构采用的是传统电场（E）面腔体剖分式结构:将二极管芯片倒装焊粘在石英基片上,再用导电银胶将石英电路悬置粘结在混频器下半个腔体上。电路设计采用场路相结合的方法:用场仿真软件建立混频电路各个功能单元的S参数模型,将它们代入非线性电路仿真软件中与二极管结相结合进行混频器性能整体仿真优化。最终测试结果表明,谐波混频器的双边带在4~6 mW的本振功率驱动下,在320~360 GHz超过12%带宽范围内,双边带变频损耗均小于9 dB;混频器在310~340 GHz频带范围内,双边带噪声温度最低为780 K。声温度最低为780 K。     

毫米波谐波混频器扩频技术

文章主要介绍了3mm谐波混频器的设计方法并用于毫米波扩频,对毫米波宽带匹配技术、宽带滤波桥路技术、毫米波电路加工及微组装工艺也作了阐述。毫米波谐波混频器采用波导和带状线混合结构,混频二极管采用梁式引线二极管对,滤波电路采用带状线结构的高低通滤波器。毫米波信号与本振信号的18次谐波混频,输出一个中频信号,通过与安捷仑的8563EC、8566等频谱议的配合使用,达到频谱仪的扩频,也可用于网络分析仪、频率综合器、频率计等仪器的扩频。     

0.45 THz次谐波混频器优化设计

采用ACST公司准垂直结构混频二极管对0.45 THz次谐波混频器进行优化设计。提出一种电路拓扑结构,使得电路结构紧凑且易于匹配。在对二极管结构分析与建模的基础上,利用射频电路仿真软件ADS及电磁场仿真软件HFSS对混频器电路及结构进行整体优化设计,得到理想情况下单边带变频损耗最小值6 dB,三分贝带宽大于30 GHz,所需本振驱动功率3.8 mW。仿真结果表明,该电路拓扑结构适用于采用反向并联肖特基二极管对实现次谐波混频器设计。     

GaAs单片二极管双平衡混频器

采用0.25μm的GaAs工艺制作了一款单片二极管双平衡混频器。基于环形二极管双平衡混频器的基本工作原理,提出了LO巴伦与RF巴伦的区别所在,并以Marchand巴伦为LO巴伦,以triformer巴伦作为RF巴伦。在优化了局部电路后,再与环形二极管组成整体电路,并对整体电路进行了优化。最后对版图进行EM仿真,并稍作调整以改善EM仿真结果。当本振功率在13dBm时,实测得转换损耗在低本振和高本振下约为11.5dB和10.5dB,LO端口到IF端口和RF端口隔离度分别为30dB和35dB,LO端口和RF端口驻波分别小于2和3.5,实测结果与仿真结果基本一致。     

基于肖特基二极管改进模型的W波段宽带八次谐波混频器

在对肖特基二极管电磁模型和电路模型精确建模的基础上,设计并制作了W波段宽带八次谐波混频器.通过对肖特基二极管物理结构的分析,建立了其精确的三维电磁仿真模型和直到180 GHz的改进的宽带等效电路模型.针对W波段八次谐波混频器混频产物能量分布特点和工作带宽要求,设计了宽带射频和本振匹配网络,使混频器的工作带宽能覆盖整个W波段.测试结果显示,射频信号在75~110 GHz频率范围内,W波段八次谐波混频器最大变频损耗28 d B,最小变频损耗18 d B.     

基于GaAs肖特基二极管的330GHz接收前端技术研究

基于GaAs肖特基二极管,设计实现了310~330 GHz的接收机前端.接收机采用330 GHz分谐波混频器作为第一级电路,为降低混频器变频损耗,提高接收机灵敏度,分析讨论了反向并联混频二极管空气桥寄生电感和互感,采用去嵌入阻抗计算方法,提取了二极管的射频、本振和中频端口阻抗,实现了混频器的优化设计,提高了变频损耗仿真精度.接收机的165 GHz本振源由×6×2倍频链实现,其中六倍频采用商用有源器件,二倍频则采用GaAs肖特基二极管实现,其被反向串联安装于悬置线上,实现了偶次平衡式倍频,所设计的倍频链在165 GHz处输出约10 dBm的功率,用以驱动330 GHz接收前端混频器.接收机第二级电路采用中频低噪声放大器,以降低系统总的噪声系数.在310~330 GHz范围内,测得接收机噪声系数小于10.5 dB,在325 GHz处测得最小噪声系数为8.5 dB,系统增益为(31±1)dB.     

330GHz砷化镓单片集成分谐波混频器

在太赫兹频段,二极管尺寸与波长相比已不能忽略,二极管的封装会引入很大的寄生参量,因此需建立二极管三维模型提取寄生参数.同时人工装配难度增大,会增加电路不确定性.采用12μm砷化镓单片集成悬置微带线结构,基于电子科技大学与中国电子科技集团第十三研究所自主联合设计的肖特基二极管研制330 GHz砷化镓单片集成分谐波混频器.实测结果显示在5 mW本振功率的驱动下,在328 GHz可得到最小变频损耗10.4 dB,在320~340 GHz范围内,单边带变频损耗小于14.7 dB.     

A packaged Schottky diode as detector,harmonic mixer,and harmonic generator in the 25–500 GHz range

This paper describes experimental results obtained with a packaged GaAs Schottky barrier diode in contact with a coaxial connector and placed across waveguides for bands Ka, V, E, W or F. Among the microwave sources used for calibration were 9 carcinotrons in the frequency interval 51–490 GHz. As soon as the frequency F is above the waveguide cut-off frequency, the different characteristics do not depend critically on the waveguide size for V, E, W and F bands. The video detection sensitivity, of several 100 mV/mW at 50 GHz and below, decreases as F^?4 in the range 51–500 GHz. Coupling an X-band centimeter frequency via the coaxial connector and a millimeter frequency via the waveguide permits harmonic mixing in the diode. Between 36 and 490 GHz, the harmonic mixing number varies from 3 up to the very large value 40 with conversion losses from 18 to 88 dB. The minimum detectable signal in the 100 kHz band can be as low as ?90 dBm at 80 GHz. A noticeable millimeter power is available at the waveguide output from injected centimeter power by harmonic generation. Starting for instance with 100 mW around 11.5 GHz, we have measured 0.1 mW at 80 GHz and 0.1 μW at 230 GHz. To illustrate the possibility of creating usable millimeter and submillimeter wave without heavy equipment (such as carcinotrons or millimeter klystron) we report spectroscopic experiments in Rydberg atoms. Resonances have been observed up to 340 GHz by harmonic generation (28th harmonic) from an X-band klystron).     

基于平面肖特基二极管的W波段检波器

肖特基二极管技术为常温下毫米波信号的检测提供了有效的解决方案。它具有极低的寄生电容和级联电阻,可用于该频段的倍频器、混频器和检波器当中。相比于Galey Cell和热辐射测定器(Bolometer),基于肖特基二极管的直接检波技术具有低噪声、高反应率和常温使用的特点。本文介绍了一种基于波导结构的零偏置肖特基二极管检波器,采用E面探针传输波导基模电磁波,通过阻抗匹配实现微带线到二极管的耦合。测试结果表明,在-30 dBm输入功率下：电压反应率的峰值可达8 900 V/W;在75 GHz~105 GHz的频率范围内,电压反应率在1 000 V/W以上。     

基于肖特基变容二极管的0.17 THz 二倍频器研制

研制了一种基于肖特基变容二极管的0.17 THz 二倍频器, 该器件为0.34 THz 无线通信系统收发前端提供了低相噪、低杂散的本振信号.倍频器结构基于波导腔体石英基片微带电路实现, 其核心器件是多结正向并联的肖特基变容二极管.文中采用结参数模型和三维电磁模型相结合的方式对二极管进行建模, 通过两种电路匹配方式实现了0.17 THz 二倍频器的最优化设计, 最终完成器件的加工及测试.测试结果表明, 在输入80~86 GHz, 20 dBm 的驱动信号下, 倍频器的最大输出功率达12.21 mW, 倍频效率11%, 输出频点为163 GHz;当前端输入功率达到饱和状态时, 该频点输出功率可达21.41 mW.     

Experimental Results on a Millimeter Wave Microstrip Down-Converter (Correspondence)

A millimeter wave down-converter was built utilizing adhesive-backed copper tape for the microstrip circuit construction. The down-converter incorporated an IMPATT diode local oscillator and a Schottky barrier mixer diode hybrid mounted in the circuit. The performance of the unit was two dB worse than its waveguide counterpart. Optimization of the individual circuit components should permit the performance of a microstrip down-converter to approach very closely that of its waveguide counterpart.     

260 GHz GaN高功率三倍频器设计

基于GaN太赫兹二极管芯片,采用非平衡式电路结构,设计了一款260 GHz三倍频器。采用GaN肖特基二极管芯片提高电路的耐受功率和输出功率;采用“减高+减宽”的输出波导结构抑制二次谐波;采用高低阻抗带线结构设计了倍频器的输入滤波器和输出滤波器。测试结果显示,该三倍频器在261 GHz峰值频率下,实现最大输出功率为69.1 mW,转换效率为3.3%,同时具有较好的谐波抑制特性。