太赫兹宽带分谐波混频器设计

太赫兹分谐波混频器的变频损耗、噪声系数等指标与基波混频器相近,且本振频率为射频频率的一半,大大降低了本振源的设计难度和制作成本,是高性能太赫兹接收前端的关键部件。本文介绍了一种覆盖全波导带宽的太赫兹宽带分谐波混频器的设计,对电路中射频波导至悬置带线过渡结构和本振中频双工器进行仿真和优化设计。并以0.14~0.22THz分谐波混频器为例进行设计和制作,测试结果表明0.14~0.22THz分谐波混频器在全波导频段内最大变频损耗低于15d B,中频3d B带宽大于20GHz。     

星载220 GHz分谐波混频器设计

为满足星载辐射计系统应用,提出了一款220 GHz次谐波混频器。基于平面GaAs肖特基二极管3D电磁模型,混频器电路和结构优化设计采用HFSS和ADS联合仿真实现。通过在50μm厚的石英基板上倒装反向并联二极管对以及采用纳米银胶将基板粘接在硅铝波导腔的工艺方式,设计并加工实现了一款210～240 GHz分谐波混频器,单边带最小变频损耗仿真结果为7.33 dB,实测变频损耗优于9.6 dB。按照某卫星规定的各项环境试验条件验证其在不同环境条件下的性能,结果证明该混频器试验前后一致性较好。     

330 GHz太赫兹次谐波混频器设计

为了缓解微波频段频谱资源的日益紧张,对太赫兹频段进行探索,介绍了一款基于GaAs肖特基二极管的330 GHz次谐波混频器。设计采用了整体综合设计的方法,进行高频结构模拟器(HFSS)与先进设计系统(ADS)联合仿真。优化过程中,电路不连续性通过HFSS仿真结果表征,电路传输特性和二极管非线性特性由ADS仿真结果表征,通过优化传输线参数,实现优化电路的目的。此方法增大了仿真优化空间,降低了设计难度。仿真结果显示,在300~350 GHz频段内,混频器的变频损耗小于8 dB。     

0.67 THz宽带谐波混频器设计

为研制太赫兹多频段高灵敏度探测仪,依靠太赫兹砷化镓平面肖特基二极管的非线性特性,结合石英薄膜工艺,设计了宽带0.67 THz谐波混频器,并分析了砷化镓平面肖特基二极管性能表征参数指标对太赫兹混频器性能的影响。0.67 THz谐波混频器采用整体综合的设计方法,结合电气仿真软件ADS和电磁仿真软件HFSS,优化电路中不连续性微带与波导之间的电磁空间耦合效率,以混频器的变频损耗为优化目标,最终实现0.67 THz谐波混频器仿真设计。0.62~ 0.72 THz射频范围内,混频器单边带最低变频损耗小于8 dB,本振功率小于4 mW,本振端口与中频端口、射频端口与中频端口之间隔离度大于-30 dB。     

基于肖特基二极管的宽带低本振功率太赫兹四次谐波混频器

介绍了基于反向并联肖特基二极管的宽带低驱动功率太赫兹四次谐波混频器。详细地分析了二极管寄生参量与混频器性能间的关系。为了降低四次谐波混频器的最佳本振功率,对肖特基二极管的主要参数进行了优化。实际测试结果显示,在 7 mW 的最佳本振功率驱动下,该四次谐波混频器在 340 - 490 GHz的宽带内,变频损耗在 14.2 - 20 dB 之间。同时,该频段内的混频器噪声温度为 4020 ~ 17100 K。     

太赫兹准光混频器的设计与实现

设计了一种用于太赫兹接收机的准光混频器。该混频器主要由肖特基二极管集成平面天线和高阻硅透镜2部分组成,其中肖特基二极管的截止频率为3.5 THz。平面双缝天线、螺旋天线、对数周期天线分别与肖特基二极管进行一体化集成,再通过高阻硅透镜来消除介质表面波,以达到改善天线辐射性能的目的。所设计的准光混频器工作频率为340 GHz,并对该混频器的检波性能、方向图和混频性能进行了测试,其变频损耗小于15 dB。     

250GHz 太赫兹谐波混频器设计

太赫兹变频组件是实现太赫兹成像和通信应用的关键器件。本文中介绍了基于hammer-head 滤波器紧凑结构, 结合肖特结二极管的三维模型和电气模型,设计低变频损耗250GHz 太赫兹谐波混频器的方法。在高倍光学显微镜的精 准测量下,建立尺寸可以跟信号波长相比拟的二极管三维模型,准确模拟二极管的高频特性以提高电磁仿真精度。为了 进一步降低太赫兹混频器的变频损耗,文中除了采用紧凑型的hammer-head 滤波器结构外,同时通过波导探针直接实现 与二极管阻抗的匹配,简化了混频器的结构降低谐波信号传输线损,从而降低太赫兹谐波混频器的变频损耗。最终仿真 结果表明,250GHz 谐波混频器在3dBm 的本振功率驱动下,在230~270GHz 射频范围内,变频损耗(SSB)均小于6.8dB, 最低变频小于6.2dB,中频带宽大于20GHz。     

250GHz太赫兹谐波混频器设计

太赫兹变频组件是实现太赫兹成像和通信应用的关键器件。本文中介绍了基于hammer-head滤波器紧凑结构,结合肖特结二极管的三维模型和电气模型,设计低变频损耗250GHz太赫兹谐波混频器的方法。在高倍光学显微镜的精准测量下,建立尺寸可以跟信号波长相比拟的二极管三维模型,准确模拟二极管的高频特性以提高电磁仿真精度。为了进一步降低太赫兹混频器的变频损耗,文中除了采用紧凑型的hammer-head滤波器结构外,同时通过波导探针直接实现与二极管阻抗的匹配,简化了混频器的结构降低谐波信号传输线损,从而降低太赫兹谐波混频器的变频损耗。最终仿真结果表明,250GHz谐波混频器在3d Bm的本振功率驱动下,在230~270GHz射频范围内,变频损耗(SSB)均小于6.8d B,最低变频小于6.2d B,中频带宽大于20GHz。     

基于InP HEMT的太赫兹分谐波混频器芯片设计

基于70 nm InP高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,研制了一款175～205 GHz分谐波混频器太赫兹单片集成电路(TMIC)。使用三线耦合Marchand巴伦实现本振信号的平衡-不平衡转换。在射频端口设计了紧凑型耦合线结构的带通滤波器,实现对射频信号低损耗带通传输的同时缩小了芯片尺寸。测试结果表明混频器在175～205 GHz频率范围内,单边带(SSB)变频损耗小于15 dB,典型值14 dB。混频器中频频带为DC～25 GHz,射频端口对本振二次谐波信号的隔离度大于20 dB。芯片尺寸为1.40 mm×0.97 mm,能够与相同工艺的功率放大器、低噪声放大器实现片上集成,从而满足太赫兹通信等不同领域的应用需求。     

220GHz 次谐波混频器设计

本文介绍了一种基于平面肖特基势垒二极管的220GHz 次谐波混频器的设计。该混频器采用Teratech 公司的反 向并联二极管对,安装在0.05mm 厚的石英基片悬置微带上。采用HFSS 和ADS 联合仿真,使得混频器在射频频率为 215GHz~225GHz 范围内仿真所得变频损耗低于8dB,并在219GHz 时取得最佳变频损耗6.75dB。该混频器具有结构简单, 易于加工,变频损耗低的优点。     

Y波段固态谐波混频器研究

为了进一步降低太赫兹接收机的噪声,介绍了基于平面肖特基二极管实现低噪声太赫兹谐波混频器的方法。在建立肖特基二极管较为精确的三维模型和电气模型的前提下,引入紧凑型hammer-head 滤波器结构,同时结合低损耗石英固态电路混合集成的方法,研制了220GHz 和250GHz 太赫兹谐波混频器。测试表明:220GHz混频器在205～235GHz工作范围内最低双边带变频损耗小于6.5dB,最低噪声温度小于650K,250GHz 混频器在230～270GHz 工作范围内最低双边带变频损耗小于6.5 dB,最低噪声温度小于900K。     

GaAs MMIC宽带双平衡混频器的研制

采用GaAs肖特基二极管工艺,设计并制造了一款宽带无源双平衡混频器,射频、本振频率为1.5～3.7 GHz,变频损耗小于10 dB,本振到射频隔离度大于35 dB,中频带宽DC～0.8 GHz.该混频器采用了环形二极管和螺旋式巴伦结构,在获得良好的变频损耗与隔离度的同时,显著减小了芯片面积,整体芯片尺寸为1.2 mm × 1.2 mm.     

超宽带谐波混频器的设计

叙述了一种超宽带谐波混频器的原理、设计以及测试结果。该混频器主要由微带线巴伦、倍频器、单平衡混频器三部分组成。按中心频率为4.5 GHz设计出微带线巴伦结构,平衡端口输出相位差180°,具有尺寸小、损耗低、幅度相位一致性好等优点;采用AEROFLEX公司的MSPD2018型相位检波器作为混频器,该混频器采用阶跃恢复二极管倍频器与单平衡混频器并联结构,先倍频n次谐波后再与信号进行混频;传输线为四分之一波长线以提高端口间隔离度;利用微波电路仿真软件ADS对混频器进行基波和谐波分析。测试结果表明,在3～25 GHz的频率范围内,本振至中频的隔离度优于66 dB,其变频损耗的实测结果满足设计要求,在现有的宽带混频器中具有较好性能。     

W频段二次谐波I/Q调制混频器的设计

基于自主研发GaAs肖特基二极管（SBD）设计了一款工作于W频段的二次谐波混频器,实现了对射频（RF）信号的I/Q调制。建立了二极管模型,利用电路结构走线长度控制信号流,实现了宽频带内的射频信号混频,并基于此通过HFSS和ADS联合仿真,完成了W频段二次谐波混频器设计。测试结果显示,采用45 GHz信号作为本振信号源,射频80~89 GHz与91~100 GHz的频带范围内变频损耗低于17 dB,最低变频损耗为12 dB;1 dB压缩功率大于11 dBm。仿真结果显示,80~89 GHz与91~100 GHz的镜频抑制效果明显,最好频点镜像抑制达到20 dB。相比于W频段GaAs pHEMT（赝晶型高电子迁移率晶体管）混频器,所设计的GaAs肖特基二极管混频器在较低变频损耗的情况下,具有工艺简单、易实现、高线性度、宽带匹配、高镜像抑制等优点,芯片尺寸仅为1 mm×1 mm。该款W频段混频器达到了目前国内较高水平。     

X波段四次谐波混频器及相位改进设计

一种基于肖特基反向并联二极管对的X波段4次谐波混频电路仿真设计.在设计过程中发现,本振或射频功率的微小变化可能引起中频功率较大波动.针对这一发现,对整个系统进行了改进研究.测试结果证实了改进设计的可行性及良好的性能.     

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.     

Ka频段宽带镜频抑制谐波混频器的设计

介绍了一种在Ka频段具有镜频抑制功能的四次谐波混合集成电路混频器的设计与实现.该混频器主要采用微带混合集成电路,由薄膜陶瓷基片制作.经测试,当中频固定在70 MHz,在射频大于4 GHz带宽内,变频损耗小于11.2 dB,镜频抑制度大于20 dB.     

W 波段宽带高灵敏度功率检波器

在对肖特基二极管等效电路模型精确建模的基础上,设计并制作了W 波段宽带高灵敏度功率检波器。根据GaAs 低势垒肖特基二极管的物理结构,建立了二极管等效电路模型,并通过对W 波段检波器试验模块的研制和测试提取了准确的电路模型参数。最后,针对宽带工作要求,根据二极管等效电路模型,优化了射频阻抗匹配网络,使检波器工作频率能够覆盖78～98 GHz。测试结果表明,当输入功率为-30 dBm 时,82 GHz 处检波灵敏度达到了7000 mV/ mW,78～98 GHz 范围内检波灵敏度高于1500 mV/ mW,实测正切灵敏度优于-36 dBm。实测和仿真结果一致,验证了二极管等效电路模型的准确性。     

基于肖特基二极管的太赫兹功率探头研究

目前的太赫兹功率探头主要采用热敏电阻和热电偶作为功率检测器件,测量速度较慢。肖特基二极管具有较快 的检波速度,但是在太赫兹频段检波灵敏度降低,功率检测实现的难度很大,本文对基于肖特基二极管的太赫兹功率探 头设计技术进行研究,采用双平衡检波、渐变波导匹配、小信号斩波放大、温度补偿等技术,实现了肖特基二极管在太 赫兹频段的高灵敏度、高稳定性功率检测,试验结果表明：0.11THz~0.325THz 频段端口驻波比优于1.35,灵敏度优于 -40dBm。