190 GHz大功率输出平衡式二倍频器

基于反向串联型砷化镓平面肖特基容性二极管,采用平衡式二倍频结构,研制出了一种190 GHz大功率输出二倍频器。使用三维电磁场与非线性谐波平衡联合的方法进行了仿真,并根据仿真结果完成了倍频器的加工、装配和测试。倍频器在182～196 GHz输出频率范围内的倍频效率可达8%以上;当输出频率为187 GHz时,倍频效率和输出功率可分别达到15.4%和85 mW。     

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。     

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%。     

W 波段高效率二倍频器研究

本文介绍了基于砷化镓肖特基二极管的W波段高效率二倍频器。倍频器的结构紧凑,输入和输出均采用鳍线过渡。当输入功率为100mW 时,倍频器在91.8GHz 输出最大功率3.3mW。83GHz 到98GHz 的频率范围内,倍频器的倍频效率均大于2%。二倍频器可以把U 波段信号源拓展到W波段。     

V波段变容管三倍频器

设计制作了一个从22.8GHz到68.4GHz的封装型变容管三倍频器,这是目前报导的用封装型变容管所达到的最高频率。该倍频器在结构上实现了空闲回路独立可调,从而提高了倍频效率。当频率为22.8GHz而输入功率为47mW时,最大三次谐波输出为4.9mW,最大倍频效率为10.4％,输出频率至少在2GHz的范围内倍频效率不低于7％。     

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。     

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%。     

无基片空间合成的220 GHz三次倍频电路研究

基于四阳极结同向串联型GaAs平面肖特基二极管,设计并实现了无基片空间合成的220 GHz三次倍频电路。采用四支肖特基二极管协同工作,在脊波导小片上下两侧各倒装焊接两支肖特基二极管,构成上下反向结构。采用场路结合的方式,对倍频电路的倍频效率进行了仿真。仿真结果显示输入功率为300 mW,输出频率为213~229 GHz时,倍频效率大于3%;采用E波段功率放大器推动三次倍频电路,获得了倍频器输出功率。测试数据表明,驱动功率为300 mW时,输出频率为213~229 GHz时,输出功率大于5 dBm,倍频效率为1%~2%。     

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。     

宽带毫米波四倍频器

对毫米波宽带四倍频器的设计方法并进行了理论分析及计算仿真。介绍了利用平衡式结构对奇次谐波进行抑制,从而实现宽带偶次倍频的原理,提出了选择肖特基二极管的原则。利用HFSS仿真和优化电路结构,采用微带线鳍线结构实现了宽频带的毫米波二倍频器。在此基础上,采用两级倍频的方式实现了宽带毫米波四倍频器。设计的Ka波段毫米波四倍频器输入频率6.625～10 GHz,输入功率为10 dBm时,在26.5～40 GHz频率范围内,输出功率大于10 dBm,对三次和五次谐波的抑制大于20 dBc。     

多阳极220 GHz倍频器单片设计

介绍了一款基于GaAs肖特基二极管单片工艺的220 GHz倍频器的设计过程以及测试结果。为提高输出功率,倍频器采用多阳极结构,8个二极管在波导呈镜像对称排列,形成平衡式倍频器结构。采用差异式结电容设计解决了多阳极结构端口散射参数不一致问题,提高了倍频器的转换效率和工作带宽。对设计的倍频器进行流片、装配和测试,测试结果显示：倍频器在204~234 GHz频率范围内,转化效率大于15%;226 GHz峰值频率下实现最大输出功率为90.5 mW,转换效率为22.6%。设计的220 GHz倍频器输出功率高,转化效率高,工作带宽大。     

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。     

An all solid-state 330 GHz frequency multiplying Chain for 664 GHz radiometers application

An all solid-state 330 GHz ×6 × 2 × 2 frequency multiplying chain is constructed and tested and it is used as a local oscillator (LO) in 664 GHz radiometers for cirrus clouds and cloud ice detecting. The frequency multiplying chain consists of a W-band sextupler, followed by a power-combined amplifier which delivers 460–540 mW output power, and two cascaded 165 GHz and 330 GHz balanced frequency doublers. The 165 GHz two-ways power-combined doubler applies four three-anode in series GaAs Schottky diodes to generate 50–63 mW output power in the frequency range 160–176 GHz, and its tested typical efficiency is 11.5%. The cascaded 330 GHz doubler uses a four-anode in anti-series arranged GaAs diode to generate 2.5–4.5 mW output power in the frequency range 320–352 GHz, and its tested typical efficiency is 6.0% and the maximum value is 8.0% at 328 GHz. The output power of the multiplying chain is high enough to pump the 664 GHz heterodyne radiometer for space application.     

A frequency doubler for 200 GHz with a planar Schottky varactor

A frequency doubler for 200 GHz utilising a planar surface channel Schottky varactor was designed, constructed and tested. The doubler employes novel split-waveguide mount design with two sliding backshorts at both input and output waveguides. The theoretical maximum efficiency of the doubler is 44.0 % with input power level of 32 mW and the maximum output power is 16.5 mW with input power level of 50 mW. The measured maximum efficiency of the doubler was 7.1 % and the maximum output power was 2.6 mW     

High-Output, Single- and Dual-Diode, Millimeter-Wave Frequency Doublers

A balanced, dual-diode varactor frequency doubler for 85-116 GHz is described and its performance compared to that of a single-diode device. The balanced doubler can provide a minimum of 18 mW between 85 and 116 GHz for 190-mW maximum safe input power, while the single-diode doubler using the same diode-type exhibits a minimum output power of 10 mW over the same frequency range for a maximum safe input power of 90 mW. An improved single-diode design using a higher break-down voltage diode has achieved a minimum output power of 18 mW between 97 and 116 GHz for a maximum safe input power of 150 mW. These devices have been used in cascade with a frequency tripler to implement a 6X multiplier chain to 310-350 GHz with a minimum output power in this submillimeter band of 0.6 mW.     

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。     

High Efficiency and Wideband 300 GHz Frequency Doubler Based on Six Schottky Diodes

A high efficiency and wideband 300 GHz frequency doubler based on six Schottky diodes is presented in this paper. This balanced doubler features a compact and robust circuit on a 5-μm-thick, 0.36-mm-wide, and 1-mm-long GaAs membrane, fabricated by LERMA-C2N Schottky process. The conversion efficiency is mainly better than 16% across the wide bandwidth of 266–336 GHz (3 dB fractional bandwidth of 24%) when pumping with 20–60 mW input power (P _in) at the room temperature. A peak output power of 14.75 mW at 332 GHz with a 61.18 mW P _in, an excellent peak efficiency of 30.5% at 314 GHz with 43.86 mW P _in and several frequency points with outstanding efficiency of higher than 25% are delivered. This doubler served as the second stage of the 600 GHz frequency multiplier chain is designed, fabricated, and measured. The performance of this 300 GHz doubler is highlighted comparing to the state-of-art terahertz frequency doublers.