140 GHz MEMS矩形波导滤波器

设计并实现了一种采用微机械制造(MEMS)技术加工的D波段矩形波导膜片滤波器.采用有限元仿真软件HFSS分析了滤波器内腔镀膜厚度、粗糙度以及感性膜片厚度对滤波器主要性能的影响.采用MEMS深刻蚀工艺(DRIE)成功加工出了滤波器主体结构.通过完成结构深刻蚀、金属电镀和键合等关键工艺,首次制造出了D波段MEMS波导滤波器.样品测试结果为插入损耗0.4～0.7 dB,中心频率(140±3)GHz,带外抑制为≥18 dB,样品主要技术指标与设计值符合.     

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。     

太赫兹超导动态电感探测器性能表征用零差混频系统研制

零差混频系统（Homodyne mixing system）对太赫兹超导动态电感探测器（Kinetic inductance detectors, KIDs）性能表征具有重要的作用。然而,零差混频系统仍存在混频器不平衡性、测量系统集成、干扰信号等问题。作者设计新型的单通道零差混频硬件系统,结合软件算法实现了测量系统的集成化、IQ混频器不平衡性校准、KID的性能表征;同时实现了在VNA（vector network analyzer）CW模式下的KIDs噪声测量;以及基于自相关算法的双通道零差混频硬件电路设计,有效的抑制了干扰信号。值得注意的是,这些研究成果被应用于表征KIDs 性能,对KIDs阵列设计起到了重要的作用。     

基于AlGaN/GaN HEMT太赫兹探测器的340 GHz无线通信接收前端

利用天线耦合AlGaN/GaN HEMT太赫兹探测器的自混频和外差混频效应,分别设计并测试了340 GHz频段直接检波式和外差混频式接收机前端。通过接收机信噪比的测量和接收功率的定标,得到了两种接收机的等效噪声功率。直接检波模式下探测器的响应度约为20 mA/W,直接检波模式和外差混频模式下接收机的等效噪声功率分别约为?64.6 dBm/Hz1/2和?114.79 dBm/Hz。在相同的载波功率和接收信号带宽条件下,当本振太赫兹波功率大于?7 dBm时,外差混频接收的信噪比优于直接检波的信噪比。当本振功率大于0 dBm时,外差混频接收机表现出优良的解调特性,其信噪比高出直接检波接收机的信噪比10 dB以上。     

基于GaAs工艺的36GHz压控振荡器

利用法国OMMIC公司的0.2μm GaAs PHEMT工艺,设计实现了一个36GHz压控振荡器电路.该电路采用完全差分的调谐振荡器结构,通过引进容性源极耦合差动电流放大器和调谐负载电路,提高了电路的性能.测试表明:该压控振荡器中心频率为36GHz,调谐范围约为800MHz,在偏离中心频率10MHz处的单边带相位噪声为-98.83dBc/Hz.芯片面积为0.5mm×1mm,采用-5V单电源供电,核心单元功耗约为200mW.     

基于GaAs工艺的36GHz压控振荡器

利用法国OMMIC公司的0.2μm GaAs PHEMT工艺,设计实现了一个36GHz压控振荡器电路.该电路采用完全差分的调谐振荡器结构,通过引进容性源极耦合差动电流放大器和调谐负载电路,提高了电路的性能.测试表明:该压控振荡器中心频率为36GHz,调谐范围约为800MHz,在偏离中心频率10MHz处的单边带相位噪声为-98.83dBc/Hz.芯片面积为0.5mm×1mm,采用-5V单电源供电,核心单元功耗约为200mW.     

基于微波光子的宽带I/Q混频技术

针对传统射频前端在体积、重量、功耗和带宽等方面存在的诸多限制,研究面向通用一体化射频前端应用的微波光子技术。简要介绍了射频前端混频技术,对超外差和零中频这2种混频方式进行了对比分析,重点对混频用到的主要微波光子技术进行了详细说明,并引入软件无线电的概念,提出了基于微波光子的宽带I/Q混频技术。该技术利用光的宽带处理能力,可以支持L波段至Ka波段任一频段的宽带信号解调,该混频装置兼容软件无线电平台。     

基于肖特基阻性二极管的140 GHz二倍频器

介绍了一种基于肖特基阻性Z-极管的140GHzZ-倍频器,该倍频器采用矩形波导内嵌石英基片微带电路,通过四肖特基结正向并联结构提高驱动功率承受能力。倍频设计中应用了自建精确二极管三维电磁模型、宽带电磁耦合结构和宽带阻抗匹配结构,以提高仿真结果和实际器件的吻合度。测试结果表明：在频率为65GHz一75GHz,功率为20dBm的驱动信号激励下,二倍频器输出频率为130GHz～150GHz,输出功率为3．3dBm～8．0dBm,倍频损耗为11．7dB～16．3dB。在23dBm-24dBm的最大驱动功率激励下,倍频器最大输出功率达11．2dBm／136GHz,基本达到了成像雷达的应用性能指标。     

基于槽线的太赫兹同相和反相功分器设计

根据接地共面波导(GCPW)和槽线的结构特点,首先设计并仿真验证了一种由接地共面波导到槽线的功分器;然后根据槽线横截面的电场分布特性,设计了一种GCPW-槽线-GCPW结构的同相功分器和反相功分器。仿真结果表明,同相功分器在175~225 GHz范围内的插入损耗优于4 dB,回波损耗优于9.6 dB;反相功分器在185~215 GHz范围内的插入损耗优于4 dB,回波损耗优于10.5 dB,幅度不平衡度小于0.24 dB,相位不平衡度小于1.3°。相比其他太赫兹功分器,本文设计的功分器在插入损耗和回波损耗相当的情况下,具有更简单、紧凑和易于集成的结构。     

基于光子混频的可调谐连续太赫兹波辐射系统

基于光子混频原理及相干探测技术,利用外腔半导体激光器及一种蝶形交指结构低温砷化镓光电导天线,搭建了一个可调谐连续太赫兹波辐射探测系统。在室温条件下,实现了连续太赫兹波的产生及探测,其连续太赫兹波输出的线宽优于1 MHz。在频率小于0.70THz时,实验获得的系统信噪比均在50dB以上。在频率为0.50THz处,系统信噪比为64dB。另外,还实验研究了辐射太赫兹波电场强度与光电导天线偏置电场的关系,讨论了外腔半导体激光器模式对连续太赫兹波辐射的影响。     

基于肖特基二极管的140 GHz次谐波混频器

肖特基二极管混频器是毫米波太赫兹频段的超外差接收机中的关键器件,其研制对于太赫兹通信和雷达应用具有重要意义。本文描述了一种基于低寄生参量肖特基Z-极管DBES105a的140GHz二次谐波混频器（SHM）的仿真设计和制作测试。为了计算二极管特性阻抗,通过对二极管半导体物理结构的研究,建立了肖特基二极管三维电磁仿真模型。次谐波混频器采用波导腔体悬置微带线结构,通过HFSS＋ADS联合仿真设计。仿真结果显示,在65GHz,7dBm本振信号激励下,140GHz频点处的SSB转换损耗为6．3dB,1dB转换损耗带宽为14GHz,DSB噪声温度小于400K。测试结果显示,最低SSB转换损耗为26dB／135GHz,3dB转换损耗带宽为8GHz。     

GaAs肖特基二极管的250 GHz二次谐波混频器研究

基于Hammer-Head型滤波器结构,以及三维电磁软件所构建的肖特基二极管三维模型及电气模型,分别设计了250 GHz悬置微带线和普通微带线的二次谐波混频器。通过仿真设计与实物测试,对比分析两种结构混频器特性。测试结果表明,悬置微带线混频器在射频输入230~270 GHz范围内时,单边带变频损耗为8.6~12.7 dB,而普通微带线混频器在射频输入220~260 GHz范围内时,单边带变频损耗为8.4~11.4 dB。通过结果对比可见,悬置微带线混频器带宽较大,而普通微带线混频器的变频损耗更为平滑。此外,考虑微组装工艺中的不良因素,对仿真模型进行部分修正,计算结果与测试结果拟合较好。     

94 GHz microstrip monolithic GaAs mixer

A microstrip monolithic GaAs mixer has been designed and fabricated for operation in the millimetre-wave band. A 6.5 dB minimum conversion loss has be achieved in narrowband operation (fLO = 93.7GHz and fIF= 130MHz); this figure includes the effect of losses and mismatch in the circuit and test fixture.     

140 GHz GaAs double-Read IMPATT diodes

CW GaAs double-Read IMPATT diodes for D-band frequencies are designed and tested. For reproducible RF impedance matching, the module encapsulation technique is applied. Ohmic losses of the active device are reduced by a titanium-Schottky contact instead of an alloyed ohmic n ⁺-contact. At 144 GHz 100 mW RF power with a conversion efficiency of 5% is realised     

The design and development of a 140GHz beam-lead diode subharmonically pumped mixer

The possibility of using beam-lead diodes in the design of a 140GHz subharmonically pumped mixer was investigated. An easily assembled, rugged mixer structure was developed which avoids the problems associated with present production techniques and reduces costs. The construction of the circuit developed makes it ideally suited to space and other environmentally demanding application. Computer analysis techniques were used to predict millimetre-wave performance and a large-scale low-frequency model was used to optimize the circuit. The millimetre-wave mixer was constructed using a circuit implemented on suspended substrate stripline. Results of millimetre-wave performance are presented.     

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.     

GaAs optoelectronic mixer operation at 4.5 GHz

Optoelectronic heterodyne detection of high-frequency intensity modulation signals using a GaAs photoconductive mixer is reported. Flat response for optical modulation frequencies up to 4.5 GHz is observed for downconversion to a 500-MHz intermediate frequency using a low power local oscillator. Heterodyne responsivity was enhanced significantly over direct detection with the same photoconductive detector due to improved contact performance under RF bias.     

120 GHz GaAs MMIC双平衡式基尔伯特混频器

作为低频段混频电路中的典型拓扑结构,基尔伯特单元在毫米波、太赫兹领域的应用较少,在Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体单片微波集成电路(MMIC)设计中,超过100 GHz的基尔伯特混频器很少有文献报导。基于70 nm GaAs mHEMT工艺,设计了一款120 GHz的双平衡式基尔伯特混频器,同时对该混频器版图结构进行优化改进,提升了混频器中频差分输出端口间的平衡度。仿真结果显示该混频器在本振输入0 dBm功率时,在100~135 GHz频率范围内有(-7.6±1.5) dB的变频损耗,射频输入1 dB压缩点为0 dBm@120 GHz,中频输出带宽大于10 GHz,差分输出信号间的功率失配<1 dB,相位失配<4°。该芯片直流功耗为90 mW,面积为1.5 mm×1.5 mm。     

High-performance quasi-optical GaAs monolithic mixer at 110 GHz

A novel GaAs monolithic integrated circuit mixer has been fabricated which is impedance matched to fundamental waveguide. It consists of a slot coupler, coplanar transmission line, surface-oriented Schottky-barrier diode, and RF bypass capacitor monolithically integrated on the GaAs surface. At 110 GHz, a monolithic mixer module mounted in the end of a waveguide horn has an uncooled double-sideband (DSB) mixer noise temperature of 339 K and conversion loss of 3.8 dB.     

10GHz GaAs JFET dual-modulus prescalar IC

A divide-by-256/258 dual-modulus prescalar IC has been successfully fabricated using enhancement-mode GaAs JFETs. The maximum operation frequency of 10.4 GHz is obtained by a 0.5 mu m gate length and buried p-layer JFET technology. The prescalar IC has sufficient operational margin to make it compatible with Si bipolar ECL circuits over a wide frequency range.<>