140 GHz二倍频器的研制

太赫兹通信中本振链输出功率无法满足实际需求,因此提出一种基于肖特基变容二极管的宽带、高效率140 GHz 二倍频器设计方案。该倍频器结构基于波导腔体石英基片微带电路的混合集成方式实现。采用三维有限元与非线性谐波平衡联合仿真方法,实现了倍频器的最优化设计。根据仿真结果,完成了140 GHz二倍频器的加工、制作与测试工作。实测结果表明,在20 dBm的驱动功率下,倍频器的输出功率最高达6.6 mW,倍频效率7.15%;输入功率23 dBm对应的最大输出功率可达11.2 mW。该器件的成功研制使得实现太赫兹通信中的本振链成为可能。     

基于肖特基二极管的太赫兹二倍频器设计

固态倍频器是太赫兹源应用中的关键器件,如何利用非线性器件提高太赫兹倍频器件的效率是设计太赫兹固态电路的关键。本文介绍了利用肖特基二极管非线性特性设计固态太赫兹二倍频器的2种方法,即采用直接阻抗匹配和传输模式匹配设计了2种不同拓扑结构的170 GHz二倍频器,针对设计的结构模型,分别进行三维有限元电磁仿真和非线性谐波平衡仿真。仿真结果表明,在17 dBm输入功率的驱动下,倍频器在160 GHz~180 GHz输出频率范围内,倍频效率在15%左右,输出功率大于7 mW。最后对2种方法设计的倍频器结构进行了简单对比和分析,为今后太赫兹倍频研究和设计提供仿真方法。     

340 GHz GaN大功率固态倍频链

随着太赫兹技术的应用和发展,对大功率太赫兹固态源的需求愈加迫切。文中基于GaN肖特基二极管(SBD)工艺设计并制造了具有高功率输出的170 GHz和340 GHz太赫兹倍频器,实现了340 GHz大功率太赫兹固态倍频链。采用多管芯GaN SBD提高器件功率承载能力,综合开展电路优化设计提升倍频性能,通过仿真研究和实验测试,验证了倍频器设计的有效性和先进性。170 GHz倍频器的实测峰值输出功率达到580 mW,倍频效率为14.5%。340 GHz倍频器的实测峰值输出功率为66 mW,倍频效率为12.5%。该太赫兹固态倍频链性能优良,在太赫兹系统中具有重要的应用价值。     

高功率110 GHz平衡式肖特基二极管频率倍频器

高频段的太赫兹信号通常是由多个倍频器级联输出的,因此要求倍频链路的前级必须具备高输出功率的能力。为了提升太赫兹倍频器的功率容量和效率,结合高频特性下肖特基二极管有源区电气模型建模方法,采用高热导率的陶瓷基片,利用对称边界条件,在HFSS和ADS中实现对倍频器电路的分析和优化,研制出了高功率110 GHz平衡式倍频器。最终测试结果表明,驱动功率为28 dBm左右时,该倍频器在102~114.2 GHz的工作带宽内的最高输出功率和效率分别为108 mW和17.6%,为链路后续的二倍频和三倍频提供足够的驱动功率。     

0.14 THz倍频器的设计与仿真

固态倍频器是毫米波及亚毫米波频段超外差接收机中的关键器件,其研制对太赫兹通信具有重要意义。介绍了一种基于肖特基变容二极管的宽带、高效率0.14 THz二倍频器的拓扑结构和仿真设计。该倍频器基于波导腔体石英基片微带电路形式,通过引线互联分别实现肖特基二极管接地和施加外部直流偏置,倍频器各部分采用了宽带电磁耦合结构设计。在开展了二极管建模及阻抗特性分析的基础上,采用三维有限元与非线性谐波平衡联合仿真方法,实现了倍频器的最优化设计。仿真结果表明,当输入频率为65 GHz~75 GHz,驱动功率为20 dBm时,倍频器的输出功率最高达10.1 dBm,倍频效率达10.8%。     

固态太赫兹二倍频器设计

研制了一种平衡结构的太赫兹二倍频器,采用Teratech公司的AS1太赫兹平面肖特基二极管。在对太赫兹肖特基二极管建模和分析的基础上,结合HFSS和ADS软件对太赫兹二倍频器进行仿真。对该倍频器进行加工测试,实测结果表明,在180~192GHz,最大输出功率16.3mW,最大倍频效率为9.1%。     

高效170 GHz平衡式肖特基二极管倍频器

太赫兹源的输出功率是限制太赫兹技术远距离应用的重要参数。为了实现高效的太赫兹倍频器,基于高频特性下肖特基二极管的有源区电气模型建模方法,利用指标参数不同的两种肖特基二极管,研制出了两种170 GHz平衡式倍频器。所采用的肖特基二极管有源结区模型完善地考虑了二极管IV特性,载流子饱和速率限制,直流串联电阻以及趋肤效应等特性。通过对两种倍频器仿真结果进行对比,完备地分析了二极管主要指标参数对倍频器性能的影响。最后测试结果显示两种平衡式170 GHz倍频器在155~178 GHz工作带宽内的最高倍频效率分别大于11%和24%,最高输出功率分别大于15 mW和25 mW。从仿真和测试结果表示,采用的肖特基二极管建模方法和平衡式倍频器结构适用于研制高效的太赫兹倍频器。     

335 GHz非平衡式肖特基二极管三倍频器

基于混合集成的方式,采用对称锥形渐变线匹配结构设计了335 GHz非平衡式三倍频器。在保证单模传输的条件下,该匹配结构不仅能够固定二极管位置,而且可以增大匹配效果,解决了高频段倍频器3 dB带宽较窄的问题。实测结果表明,该倍频器在330~356 GHz频率范围内输出功率均大于5 mW。驱动功率为220 mW时,有最高输出功率11.2 mW,由它作为核心器件组成的固态太赫兹本振源,能够驱动超外差接收机中670 GHz二次谐波混频器。     

基于50 nm GaN HEMT技术的180～220 GHz平衡二倍频器MMIC

采用50 nm GaN HEMT技术实现了一款太赫兹波有源平衡式二倍频器单片微波集成电路(MMIC)。通过在输入端使用巴伦,可以确保二倍频器良好的基波抑制性能。在没有任何后置放大器的情况下,当输入功率为22 dBm时,在205 GHz的输出频率下二倍频器的最大输出功率为12 dBm。该MMIC芯片尺寸为2.0 mm×1.8mm,可方便地集成到多功能芯片中。     

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.