太赫兹频段三倍频器设计中的关键问题

在太赫兹频段外差设备中,倍频源是重要的组成部件。最近几年,国内许多科研单位利用分立的平面肖特基二极管开展了关于太赫兹频段倍频器的研究。除了设计方法以外,仍有许多问题需要考虑。本文结合完成的225 GHz三倍频器的实际测试结果,从三方面讨论了在研制过程中遇到的关键问题。首先,二极管模型的准确性决定了仿真结果的可靠性。依据已知的管子Spice参数和倍频器测试结果,对肖特基二极管的物理结构尺寸和直流参数不断进行修正,直到仿真和测试结果趋于一致。其次,当大功率输入时,在肖特基结处会有热量的累积。因此进行了一个稳态热分析的仿真,结果显示当250 mW功率输入时,产生的最高温度大约为140°C,这对于该二极管而言是安全的。最后,在装配过程中会有很多不理想因素的引入,例如导电胶形状的不确定以及电路安装位置的偏移。在文章中会进一步计算出这些不理想因素对倍频器性能产生的影响。     

225 GHz三倍频器实用设计方法

结合国内现有的加工工艺水平,提出自偏置条件下的反向并联二极管对电路结构.不但解决了三倍频器偏置电路加工的难题,而且可以有效实现奇次倍频.同时,利用HFSS和ADS软件,以场路结合的方式准确模拟三倍频器的电特性,考虑到寄生参数引入的影响.设计完成以后,器件加工以及电装过程均在国内完成.测试结果表明在221 GHz处,有最大输出功率3.1 m W,在219~227 GHz频率范围内输出功率均大于2 m W.以上研究为今后设计高效率亚毫米波倍频器提供重要的参考价值.     

基于功率合成技术的166GHz大功率源研制

冰云探测对于提高天气预报准确性、监测极端天气现象等具有重要的意义.考虑到冰云粒子尺寸、形状分布等因素,利用太赫兹频段被动遥感仪器能更好地解决冰云探测的难题. 664 GHz作为一个重要的探测频点,其接收机射频前端主要包括664 GHz二次谐波混频器、332 GHz二倍频器以及166 GHz大功率源.作者在太赫兹二倍频设计的基础上,利用两路功率合成技术实现166 GHz大功率源,目的是提供给后级的332 GHz二倍频器足够的输入功率,从而能够驱动谐波混频器工作.实验结果表明,上述大功率源在164~172 GHz频率范围内输出功率大于46m W;在168 GHz处有最大输出功率59 m W.以上研究有效解决了本振链路中G波段输出功率不足的问题,为研制更高频段的太赫兹系统提供了技术支撑.     

一种提高FDTD近远场变换计算效率的方法

时域有限差分(FDTD)法中的时域近远场变换法计算天线远场辐射特性的优点是通过一次计算可以得到全频域的结果,缺点是数据存储量大、计算速度慢。文献R.Pascaud、S.Wang和G.Carat介绍了一种基于二维空间数据压缩的时域近远场变换方法,此方法可以大大减少数据存储量从而减少近远场变换时间。基于减少数据量的考虑,本文提出一种基于时域抽样法的近远场变换算法以提高近远场变换计算效率。为验证新算法的有效性,分别用经典算法和时域抽样法对七单元八木天线远场辐射特进行计算,结果表明本算法可有效减少数据存储量,提高近远场变换效率。     

GaAs/AlN异构集成太赫兹倍频器芯片

针对太赫兹GaAs肖特基二极管倍频器芯片散热能力差导致输出功率低的问题,开展了GaAs/AlN异构集成太赫兹倍频器芯片研究。通过稳态热仿真发现,将肖特基二极管芯片衬底由GaAs替换为热导率更高的AlN可以降低结温。对芯片衬底替换工艺开展了研究,获得了GaAs/AlN异构集成太赫兹二极管。分别对基于GaAs衬底二极管和基于GaAs/AlN异构集成二极管的162 GHz倍频器开展功率性能测试对比。测试结果表明:装配GaAs衬底二极管的倍频器输入功率为200 mW时,输出功率最高为43.6 mW;而装配GaAs/AlN异构集成二极管的倍频器输入功率提高到316 mW,输出功率为72.4 mW。肖特基二极管由GaAs衬底替换为AlN衬底后耐受功率(输入功率)提高了约58%,倍频效率由21.8%提升至22.9%,输出功率也相应提升,验证了相比GaAs衬底肖特基二极管,GaAs/AlN异构集成太赫兹二极管的散热性能及耐受功率具有明显的优越性。     

DEGS毛细管色谱柱的研制及其在食用植物油鉴别中的应用

采用静态法研制DEGS交联毛细管色谱柱,研究其分离性能,并建立一种测定食用植物油中各种脂肪酸的组成与含量的方法,进而应用于食用植物油掺假的鉴别中.结果表明,最佳测定条件为最高温度250℃,线速度11～13 cm/s.此法与填充柱法测定脂肪酸比较,测定的脂肪酸种类更多,出峰时间更快,油酸和硬脂酸分离度更高.     

三维成像雷达高度计机载原理样机及机载试验

本文介绍了三维成像雷达高度计的工作原理和系统设计,重点介绍机载样机系统及首次机载飞行试验.机载试验在国内首次获得单轨双天线干涉相位图像.对干涉相位进行算法处理后得到了三维地形图.     

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。     

基于时域抽样法的FDTD近远场变换

提出一种基于时域抽样法的近远场变换算法以改善经典时域近远场变换算法计算量大、计算速度慢的缺点.时域抽样法是基于这样一个事实:在时域近远场变换过程中不需要与时域有限差分计算同样的时间精度.在近远场变换前先对时域近场数据进行采样以减少数据的冗余,然后用改进后的算法进行近远场变换计算从而达到减少数据量、提高计算速度的目的.为验证本算法,以计算七元八木天线远场方向图为例进行算法说明, 并与经典时域法进行比较,结果表明本算法在保证与经典法具有同样精度的前提下,减少了90%数据存储空间,同时提高计算速度80%.应用本算法可以为天线仿真优化设计、雷达散射截面(RCS)计算等提供一种快速的时域计算方法.     

基于肖特基二极管的450 GHz二次谐波混频器

为了在亚毫米波波段进行遥感探测,研制了450GHz的二次谐波混频器.混频器的核心部件是一对反向并联的肖特基二极管,长度为74μm,截止频率高达8THz.在石英基片上搭建悬置微带的匹配电路,并采用一分为二的金属腔体.在二极管的仿真中获得二极管管芯的输入阻抗,然后考虑二极管的封装、匹配电路,仿真得到混频器的单边带变频损耗为8.0dB,所需本振功率为4mW.测试表明,本混频器的单边带变频损耗的最佳值为14.0dB,433~451GHz之间的损耗小于17.0dB,3dB带宽为18GHz,所需的本振功率为5mW.