基于分立器件和石英基片的0.68 THz和1.00 THz三倍频器（英文）

介绍了基于反向平衡式二极管和石英基片完成,而非集成电路的0. 68 THz和1. 00 THz频段平衡式三倍频.此项工作提高了二极管等效电路模型,该二极管模型不仅包括I/V和C/V,同时还加入了等离子体共振和趋肤效应,将薄膜电路减薄至15μm,机械加工精度提高至3μm内,使工作频率提高至1. 2 THz.通过场路协同仿真,利用高精度太赫兹装配工艺,最终实现工作频率为0. 68 THz和倍频效率为1%的三倍频器,工作频率为1. 00 THz和倍频效率为0. 6%的三倍频器,输出相对带宽均大于10%.     

基于肖特基势垒二极管三维电磁模型的220GHz三倍频器

采用阻性肖特基势垒二极管UMS DBES105a设计了一个太赫兹三倍频器.为了提高功率容量和倍频效率,该倍频器采用反向并联二极管对结构实现平衡式倍频.根据S参数测试曲线建立了该二极管的等效电路模型并提取了模型参数.由于在太赫兹频段二极管的封装影响到电路的场分布,将传统的二极管SPICE参数直接应用于太赫兹频段的电路设计存在一定缺陷,因此还建立了二极管的三维电磁模型.基于该模型研制出的220 GHz三倍频器最大输出功率为1.7 mW,最小倍频损耗为17.5 dB,在223.5 GHz~237 GHz输出频率范围内,倍频损耗小于22 dB.     

0.2 THz二倍频器研究

基于六阳极结反向串联型GaAs平面肖特基二极管,设计并实现了0.2 THz大功率二倍频器。肖特基二极管倒装焊接在50m石英电路上。采用电磁场和电路联合设计仿真获得了二倍频器的倍频效率。当入射功率在100 mW时,输出频率在190~225 GHz带内效率大于5%。在小功率（Pin100 mW）和大功率（Pin300 mW）注入条件下,测试了倍频电路的输出功率和倍频效率。在100 mW驱动功率下采用自偏压测试,最大输出功率为14.5 mW@193 GHz,对应倍频效率为14%;在300 mW驱动功率下采用自偏压测试,在188~195 GHz,输出功率大于10 mW,最大输出功率为35 mW@192.8 GHz,对应倍频效率为11%。     

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.     

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%。     

0.2THz宽带非平衡式倍频电路研究

基于四阳极结反向串联型GaAs平面肖特基二极管,设计并实现了0.2 THz宽带非平衡式二次倍频电路。肖特基二极管倒装焊接在75 m石英电路上。在小功率和大功率注入条件下,测试了倍频电路的输出功率和倍频效率。输入功率在10~15 mW时,通过加载正向偏置电压,在210~224 GHz,倍频效率大于3%,在212 GHz处有最高点倍频效率为7.8%。输入功率在48~88 mW时,在自偏压条件下,210~224 GHz带内倍频效率大于3.6%,在214 GHz处测得最大倍频效率为5.7%。固定输出频率为212 GHz,在132 mW功率注入时,自偏压输出功率最大为5.7 mW,加载反向偏置电压为-0.8 V时,输出功率为7.5 mW。     

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。     

用于超外差接收机提供本振源的高功率510 GHz单片集成三倍频器

本文介绍了一种基于砷化镓材料的高功率490~530 GHz单片集成三倍频器。基于提出的对称平衡结构,该三倍频器不仅可以实现良好的振幅和相位平衡,用来实现高效的功率合成,还可以在没有任何旁路电容的情况下提供直流偏置路径以保证高效倍频效率。同时,开展容差性仿真分析二极管关键电气参数与结构参数对倍频性能的影响研究,以便最大化提升倍频性能。最终,在大约80~200 mW的输入功率驱动下,研制的510 GHz三倍频,在490~530 GHz频率范围内,输出功率为4~16 mW,其中峰值倍频效率11%。在522 GHz频点处,该三倍频在218 mW的输入功率驱动下,产生16 mW的最大输出功率。该三倍频器后期将用于1 THz的固态外超外差混频器的本振源。     

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。     

(英) 基于石英基片工艺的D频段平衡式二倍频器设计

设计了一款D频段基于商用平面肖特基二极管DBES105a以及石英基片的二倍频器.通过对传统的用于平衡式混频器及倍频器的鳍线/悬置微带线巴伦耦合器进行改进,提出了一种方便为肖特基二极管外加偏置的平衡式倍频结构.首先,提出了一种适用于石英基片的波导/鳍线过渡结构,并且通过仿真及实验对该结构进行了验证,测试结果表明,这种过渡结构的损耗只有0.15 dB.在驱动功率为26.3 mW、外加反偏电压为0.4 V时,倍频器的测试最大输出功率为3.39 mW,对应倍频效率为12.9%.在外加偏置电压偏离最佳偏置点时,倍频器的输出功率从3.1mW降低到2.0 mW.这也说明:为了达到最大倍频输出功率,也需要为肖特基变阻二极管倍频器提供外加直流偏置.     

基于THz QCL 和THz QWP 的数字通信演示系统

随着无线通信速率需求的增加和材料生长、器件工艺制作水平的提高,太赫兹（THz）通信已成为未来高速无线通信系统发展的一个重要方向。介绍了太赫兹通信的特点以及国际上太赫兹通信系统的发展现状,并报导了一种利用太赫兹量子级联激光器（THz QCL）作为发射源,太赫兹量子阱探测器（THz QWP）作为接收器的太赫兹数字通信演示系统。该系统采用On-Off-Key（OOK）调制和直接强度检测方式,通信频点为3.9 THz,通信距离为2.2 m,传输速率可达1 Mbps 以上。最后探讨了该系统的带宽限制因素及其在通信速率方面的潜力。     

双纵模光泵超辐射式和腔式THz激光器的研究

利用半经典密度矩阵理论求解了双纵模泵浦下9能级，NH3分子系统激光介质的增益系数；计算了双纵模光泵超辐射式和腔式THz激光器的能量交换过程，从能量交换的角度比较了二者的差异，讨论了腔长和工作压强对输出光强的影响，得出了优化规律。     

太赫兹波传播过程中横模分布的成像

研究了焦点位置附近太赫兹波的横模分布,目的在于了解系统中太赫兹波的横向分布情况,为进行太赫兹光谱和成像实验提供依据。通过太赫兹波逐点扫描成像,对经常被用来放置测试样品位置附近的太赫兹波横模分布情况进行了定性的分析。利用“狭缝法"测量了太赫兹光束的束宽。结果表明,太赫兹波在焦点附近不同位置的横向分布有较大差异,在焦点处对应于最长波长1.5 mm的最小光斑直径约为1.0 mm,这说明太赫兹波的聚焦有一定的限度。实验确定了系统中放置样品的最佳位置,对开展太赫兹光谱和成像研究有参考价值。     

THz波产生技术

在介绍太赫兹技术的基础上,系统论述了太赫兹波的各种产生技术及其发展动态。     

Continuous-wave THz imaging

The first THz imaging spectrometer based on continuous-wave THz radiation is presented. The new setup is less expensive than conventional time-domain imaging systems that comprise femtosecond lasers. The system uses a two-colour external-cavity laser diode. Hence it is much more compact as compared to systems based on optically pumped solid-state lasers. As an example we investigate a human liver with metastasis     

基于反射式太赫兹时域谱的水太赫兹光学参数测量与误差分析

利用垂直反射式太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术 测量了水的THz光学参数并对测 量误差进行了分析。测量过程中,把高阻Si片的空气-Si表面作为参考信号,Si-水表面最 为样 品信号,通过两者之比的传输函数计算得到了水的THz折射率和吸收率,然后应用误差传 播理论分析这些光学参数的误差。结果发现,折射率和吸收率误差中,由多次测量引入的随 机 误差在0.1~1.1THz范围内基本不变,而在接近0.1THz和1.1THz处误差变大,即呈现U型 分布。这表明,在接近0.1THz和1.1THz时, THz-TDS仪器的测量灵敏度下降;由高阻Si片厚 度和Si折射率误差引入的误差比THz-TDS多次测量引入的随机误差大得多,在 0.1~1.1THz 范围对应的水折射率误差分布较均匀,而对应水的吸收率误差随着频率的增加而增大。本文 的方法同样适用于类似的垂直反射式THz-TDS系统提取其它材料的THz光学参数及其误差 分析。     

太赫兹波及其常用源

介绍了太赫兹波的特性及其应用,从宽带、窄带两个方面归类,详细介绍了现阶段常用的几种太赫兹源,并列出了相关重要参数的计算.随着源技术的不断进步,太赫兹电磁波也将象光学和微波波段的电磁波一样,给人类社会的许多方面带来深远的影响.     

Tunable THz Sources and Their Applications

In this paper, the technology aspects of the THz laser and spectrometric devices, developed over the last decade are described and their applications in various fields of science and technology are explained. The THz sources of importance are the optically pumped lasers, solid state devices and the backward wave oscillator (BWO) based systems. The BWO system offers the electronic tuning and multiplexing facility like Fourier transform technology. The time resolved and frequency domain aspects with relative merits are discussed. Non-linear optical methods of production of monochromatic radiation using second harmonic generation (SHG) are also considered. The important areas of space applications are described in detail. Present status and future directions are indicated.     

太赫兹波混合器设计

太赫兹波（THz）是频率介于毫米波与红外光之间的辐射。本文设计了一种太赫兹波混合器,通过透镜将太赫兹波聚焦到124×124热释电列阵相机,并对其所生成的图像进行计算机优化处理,同时,对有无透镜情况下的电场模值分布进行了仿真模拟比较。     

太赫兹雷达成像技术

从体制角度论述了近几年来国内外各大主要研究机构对太赫兹雷达成像的研究情况,及其应用和未来的发展方向等.太赫兹雷达技术是一项正在蓬勃发展的技术,由于其波长与机理介于光学与微波之间,因而可以获取光学和微波所不可探测的信息.太赫兹雷达成像技术的发展为高分辨太赫兹空间遥感奠定了基础.