基于薄膜工艺的1 030 GHz混频器和750~1 100 GHz倍频器研制

基于南京电子器件研究所砷化镓工艺线,自主完成了750~1 100 GHz全频带三倍频器以及中心频率为1 030 GHz的低损耗二次谐波混频器的研制。为了提升模块的性能,将传统的场路结合的设计方法进行了扩展,引入器件的参数优化,并建立起两者互为反馈的关系,从而达到整个设计过程的闭环。研制出的单片电路厚度为3 μm,并通过梁氏引线支撑悬置于腔体结构中。测试结果表明宽带倍频器在790~1 100 GHz频率范围内输出功率为-23~-11 dBm。以上述倍频源作为射频信号对二次谐波混频器进行测试,在1 020~1 044 GHz频率范围内变频损耗优于17.5 dB,在1 030 GHz处测得的最小变频损耗为14.5 dB。     

一种40次倍频器的设计

设计了一种以阶跃恢复二极管作为核心元件的高次倍频电路.对倍频电路原理进行了分析,并对成品电路进行了测试.测试结果表明,相位噪声比理论值恶化了2dBc.使用1级阶跃倍频电路实现40次倍频,电路结构简单可靠.电路具有低附加相位噪声、低杂散、体积小等优点,可广泛应用于通信、雷达、频率合成和测量等领域.     

基于标准CMOS工艺的毫米波线性叠加振荡器

采用UMC0.18μm标准CMOS工艺,实现了输出频率为36.56GHz的振荡器。基波振荡单元使用交叉耦合振荡电路实现,两个基波振荡单元之间通过交叉互连实现相位钳位,得到四路振幅相等相位差为90°的正交振荡信号,四路正交信号通过线性叠加结构实现对基波信号的四倍频。突破了工艺截止频率的限制,显著的提高了振荡频率。芯片测试结果表明：工作电压1.8V时,消耗的电流为40mA,基波信号频率为9.14GHz,校正后输出功率为-10.85dBm,在1MHz频偏处相位噪声为-112.54dBc/Hz;四倍频信号频率为36.56GHz,校正后输出功率为-37.17dBm。本文中的振荡器可以广泛的应用于毫米波通信系统,有高集成度、低成本等优点。     

基于平面肖特基二极管的平衡式亚毫米波倍频器芯片

基于标准的平面肖特基二极管单片工艺设计了一款平衡式亚毫米波倍频单片集成电路.依据二极管实际结构进行电磁建模,提取了器件寄生参数,并与实测的器件本征参数相结合获得了二极管非线性模型;依据该模型,采用平衡式拓扑结构以实现良好的基波抑制,设计了三线耦合巴伦电桥,并与肖特基二极管集成在同一芯片上,实现了单片集成,提高了设计准确...     

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.     

一种螺旋巴伦结构的毫米波二倍频器MMIC设计

基于GaAs肖特基二极管工艺,研制了一款无源毫米波二倍频器单片微波集成电路(MMIC).该电路的拓扑结构包含并联二极管对,输入巴伦和输入、输出匹配电路,其中输入巴伦为螺旋型Marchand巴伦,使电路输入输出端具有奇偶次谐波相互隔离的特点,不仅抑制了输出奇次谐波,而且增加了线间的耦合,显著减小了芯片的面积.在设计软件对电路进行仿真优化的基础上,经过实际流片并对芯片进行了测试,实现了输入功率为15 dBm时,输出频率在44～60 GHz处,输出功率大于-1 dBm,变频损耗小于16 dB,对基波和各次谐波抑制度大于30 dBc的技术指标.芯片实际尺寸为1.45 mm×1.1 mm.     

单片集成430 GHz三倍频器的设计及测试

通过单片集成的方法,将工作于太赫兹频段(430GHz)的三倍频器的各个功能电路集成在厚度为12μm的砷化镓薄膜单片上,设计、制造太赫兹三倍频集成电路单片。单片结构采用一对反向并联连接的肖特基二极管,构成串联平衡式电路,电路不需要外加偏置电压。平衡式电路只产生奇数次谐波,简化了电路分析和优化过程。电路设计采用三维电磁仿真软件与谐波非线性仿真软件联合仿真场路的方法,准确模拟单片电路的射频特性。将单片电路安装在中间剖开的波导腔体内制成三倍频器进行测试,在430GHz处测得输出功率为215.7μW,效率为4.3%。     

X波段线性调频连续波雷达发射机的设计与实现

为了满足海洋、内河近距离导航,X波段线性调频雷达正逐渐得到应用。文章将DDS(Direct Digital Synthesis)技术与倍频及混频电路相结合,提出了X波段线性调频连续波雷达发射机的设计方案,对关键模块进行实现,并阐述了PCB(Printed Circuit Board)板的设计流程。实验结果表明该方案很好满足了对X波段线性调频信号的要求。     

Ku波段GaN MMIC高线性功率放大器设计

设计了一款Ku波段工作频率为13.0~15.5GHz的GaN MMIC高线性功率放大器,采用0.25μm GaN HEMT工艺,电路采用两级放大器的结构。通过两种不同的末级匹配网络的设计,对比分析匹配网络的设计对功率放大器效率与线性度的影响。一种是匹配到最佳功率附加效率(PAE)的末级匹配网络,一种则是匹配到最佳线性度的末级匹配网络(用最佳三阶交调产物与载波比值(IM3)来表示),级间和输入级匹配网络也尽量达到低损耗、高线性指标,从而提高整体电路的线性度,并尽量使得效率不恶化。测试结果表明,功率放大器的最大输出功率可以达到37.5dBm,匹配到最佳PAE的功率放大器功率附加效率均大于32%,最大可以达到36%,匹配到最佳IM3的功率放大器PAE低了2到4个百分点,线性度指标IM3则高了1到2个dBc。该测试结果表明,对于高线性功率放大器,末级匹配网络可以在最佳PAE点的基础上适当地向最佳IM3点靠近,以逼近更好的线性度指标,但若距离最佳IM3太近,PAE则会有较大的恶化。     

（英）基于分立器件和石英基片的0.68THz和1.00THz三倍频器

主要介绍了0.68THz和1.00 THz频段平衡式三倍频。该三倍频是基于反向平衡式二极管和石英基片完成,而非集成电路。该工作主要的贡献在于提高了二极管等效电路模型,该二极管模型不仅仅包括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15um,机械加工精度提高至3um内,可使工作频率提高至1.2THz。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0.68THz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%。     

基于直线感应加速器的非相干太赫兹源设计

太赫兹波的产生途径有很多,本文通过理论设计和数值计算模拟了利用强流直线感应加速器神龙一号来产生 THz波。神龙一号直线感应加速器能够产生最大能量~20 MeV、束流强度~2 kA、脉冲宽度~60 ns 的脉冲电子束,脉冲电子束以不同能量通过偏转半径不相同的偏转磁铁后可以辐射出具有连续频率的太赫兹波。模拟计算了不同能量下的电子束通过偏转半径分别为0.2 m、0.5 m和1 m的偏转磁铁后得到的太赫兹波频率与电子束能量、磁铁偏转半径等的关系,太赫兹波的频率范围可达0.1 THz~9 THz,最大瞬时辐射功率~0.5 W。最后根据神龙一号直线感应加速器漂移段布局,设计得到偏转半径为0.5 m的偏转磁铁结构以及模拟结果。     

基于液晶的可调谐太赫兹双折射滤波器的设计

液晶双折射滤波器具有室温下工作,调谐简单方便,带宽窄等优点。为了达到设计不同调谐范围和带宽的这种滤波器的目的,以满足实际应用的需要,扩大其应用范围,采用数值模拟的方法,进行参数计算和设计思路的总结,并设计了一套窄带输出的滤波器实例。结果表明,通过对影响滤波器调谐范围和输出带宽的关键参数的数值模拟和分析,为设计不同调谐范围的液晶双折射滤波器提供了依据;设计实例基本上满足预期的设计要求,调谐范围0.691~0.866 THz。     

一种基于共面波导的0.14 THz低噪声放大器设计

为解决低噪声放大器设计中过渡电路的实现问题,对基于共面波导的波导-平面电路过渡形式进行改进和优化,设计了一种工作频率为0.14 THz,带宽10 GHz的低噪声放大器。通过仿真,得到了输入输出回波损耗小于-27 dB,插入损耗小于0.1 dB 的结果。此种方法能够很好地实现信号在不同传输线形式间的转换,并得到了无源测试验证。     

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。     

Faster-than-Nyquist transmission based on multi-layer superposition

Faster-than-Nyquist (FTN) signaling technique has received much attention recently as an effective way of enhancing the spectral efficiency.In order to reduce the detection complexity for FTN signals,a multi-layer superposition transmission approach was present.In addition,how to calculate upper bounds on the highest information transmission rate was shown and how to choose suitable component codes was suggested.Numerical results show that the system with different code rates and power on each layer outperforms the system with only power variance on each layer,meanwhile results also imply that given the roll-off factor of the pulse shaping function is not zero,the proposed system is superior to the orthogonal system with a higher modulation format.     

基于3 dB 定向耦合器的0.14 THz 功率分配器设计方法

介绍了一种基于3 dB 定向耦合器的0.14 THz 功率分配器设计方法。由于太赫兹频段的器件尺寸越来越小型化、微型化,特别是对于功率分配器中的核心结构,造成精密机械加工方式难以实现。典型的波导3 dB 定向耦合器结构是90电桥结构,其耦合缝隙之间的间距仅有不到0.5 mm,这样的尺寸是机加时产生的应力难以承受的。通过分析波导定向耦合器支路间的相位关系得出:如果耦合缝隙的间距增加到半波长的整数倍,支路间的相位差仍为90,但这样变化的结果是带宽的降低。通过耦合缝隙间距的适度增加,降低了机加的难度,工作相对带宽降到10%。经仿真分析,结果得到了验证。加工的样品测试结果表明,在0.133 ~0.147 THz 的频率范围内,插入损耗小于1 dB,回波损耗小于-20 dB。     

基于自旋电子学的太赫兹波产生方法

自旋电子学的某些物理现象,如交换型磁振子、反铁磁共振、超快自旋动力学等,其特征频率刚好处于太赫兹频段。利用相应的自旋电子学现象和原理,研究人员发现和建立了若干新型的太赫兹波产生方法,为新型太赫兹源的实现和发展提供指导方向。这些新型产生方法有:a)自旋注入产生太赫兹波;b)基于反铁磁共振的太赫兹波产生;c)基于超快自旋动力学的太赫兹波产生。理论及实验结果表明,基于自旋电子学的太赫兹产生方法具有较大的潜力,有望推动太赫兹技术的发展。     

Cooperative transmit diversity based on superposition modulation

We propose a new strategy for cooperative transmit diversity based on superposition modulation and multiuser detection. The new scheme can outperform "classical" cooperative diversity based on decode-and-forward by about 1.5-2 dB in the SNR range of interest and at the same computational complexity.     

THz modulator based on the Drude model

An amplitude modulator for the terahertz (THz) range is designed. The Drude model is adopted, in which the collision damping is independent of the carrier energy. The Si block with 808 nm laser is illustrated, and it will generate the photocarriers. The injected photo-carriers will change the conductivity and dielectric of the sample, which have direct relationship with the absorption coefficient of the THz wave, hence to control the characteristics of the THz wave in the sample. By changing the light intensity, due to the different photon-generated carrier concentrations, the single transmission of the THz wave in the silicon substrate is changed remarkably.     

基于粒子滤波的波叠加算法

与传统波叠加法通过逆问题求解获得源强不同,提出一种基于粒子滤波的波叠加算法来实现正向求解源强.该方法基于波叠加理论建立状态空间模型,根据初始化粒子的先验信息预测并更新状态向量.通过权重计算和重采样,估计等效源的强度及其位置,进而重建三维辐射声场.仿真分析与实验验证表明,该算法可避免逆问题求解中的不适定性难题,实现声场的...