110GHz阻性平衡三倍频器设计

本文介绍了一种基于阻性肖特基二极管芯片UMS DBES105a的110GHz三倍频器,通过两个芯片反向并联形成了平衡结构,同时提高了倍频器的功率承受能力。电路设计中使用二极管三维电磁模型,匹配设计时未设计专门的输入过渡和滤波器,而是直接经行匹配设计,提供了更多的可优化参量,以达到最佳的匹配效果和带宽。经过HFSS和ADS联合仿真,在频率为31~44GHz,功率为20d Bm的驱动信号激励下,三倍频器输出频率大于7d Bm,最大输出功率为9.1d Bm@105GHz。     

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。     

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。     

220GHz 平衡式二倍频器设计

本文介绍一种基于平面肖特基势垒二极管的220GHz 平衡式二倍频器设计。通过输入、输出信号的电磁场模式 变化实现平衡结构,并控制偏置电压和输入功率使二极管工作于变容模式。采用HFSS 和ADS 联合仿真获得最佳二极管 嵌入电路,输入功率为50mW 时得到最佳变频效率为21%,在212GHz 至235GHz 范围内变频损耗优于8dB。     

260 GHz GaN高功率三倍频器设计

基于GaN太赫兹二极管芯片,采用非平衡式电路结构,设计了一款260 GHz三倍频器。采用GaN肖特基二极管芯片提高电路的耐受功率和输出功率;采用“减高+减宽”的输出波导结构抑制二次谐波;采用高低阻抗带线结构设计了倍频器的输入滤波器和输出滤波器。测试结果显示,该三倍频器在261 GHz峰值频率下,实现最大输出功率为69.1 mW,转换效率为3.3%,同时具有较好的谐波抑制特性。     

基于平面GaAs肖特基二极管的220 GHz倍频器

设计和制造了一种高效高功率的220 GHz倍频器,倍频器的有源器件是一只反向串联二极管芯片,它是由四个平面GaAs肖特基二极管通过线性阵列方式集成到一块芯片上。使用ADS和HFSS软件相结合的方法对220GHz倍频器的进行了仿真优化,首先利用HFSS三维电磁仿真准确建立二极管和波导的结构模型,再利用ADS线性和非线性谐波电路仿真来优化倍频电路的性能。在210~230 GHz的频带范围内,220 GHz倍频器在20 mW固定功率输入条件下测试,功率输出大于0.5 mW;在100 mW固定功率注入时,整个20 GHz频带范围内功率输出大于2.1 mW,在214 GHz处输出峰值功率5 mW,效率为5%。反向串联二极管单片上的二极管采用的是并联布局放置方式,这种方式将二极管产生的热量从二极管直接传导到波导腔体的金属导体壁上,利于散热。220 GHz倍频器的研制成功,证明了国产平面封装GaAs肖特基二极管的毫米波频段的应用能力,其研制方法对将来更高频率的电路设计具有借鉴意义。     

2-20GHz宽带倍频器研究

研制了一种2～20GHz超宽带微波倍频器。该倍频器的核心是四只性能一致的肖特基势垒二极管形成的桥形堆,输入、输出电路则采用了适于宽带匹配的巴伦结构。在要求的频段范围内达到的指标：变频损耗优于15dB,典型值10dB;基波隔离优于25dB,典型值30dB;三次谐波抑制优于29dBc,典型值为35dBc。测试表明,该倍频器具有良好的可靠性和可重复性。     

基于肖特基二极管的275 GHz三倍频器研制

为达到接收机中550 GHz混频器前端本振源的输出功率,对核心器件倍频器进行了研究.采用固态电子器件的方式设计并实现了275 GHz非平衡式三倍频器.通过建立理想倍频器电路模型,分析了肖特基二极管管芯参数对整体倍频器性能的影响,并对电路中等效电容、电感值及输入输出匹配端阻抗和相位进行了优化设计,以提升带外抑制特性和倍频...     

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。     

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.     

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%。     

一种36 GHz CMOS毫米波三倍频器

针对传统三倍频器输出功率和匹配性能差的问题,基于TSMC0.18μm CMOS工艺,提出一种用滤波器作为匹配电路的三倍频器.该三倍频器输出匹配性能好、功率损耗小,提高了三次谐波的输出功率.对晶体管静态特性进行分析,进一步提升输出功率.流片后的实测结果表明,在31.5～36 GHz输出频率范围内,输入功率为0 dBm时,...     

110 GHz带通太赫兹滤波器设计

对滤波器的高精确度理论设计及小误差的工艺实现进行探讨与设计加工。总结了国内外的多种设计经验,讨论了多种类型的滤波器设计方案,选取适当的滤波器结构形式,设计加工了110 GHz的感性窗耦合波导滤波器,其中感性窗耦合结构采用传统机械加工技术实现,与法兰盘结构一并集成。基于高频结构仿真(HFSS)软件进行仿真,结果表明：设计并制作的110 GHz带通滤波器,其中心频率为110 GHz,相对带宽为5%,插入损耗小于1 dB,带内回波损耗大于 20 dB,距中心频率2倍带宽处,带外抑制大于40 dB。     

Design of W-Band Tripler

This paper describes a high performance W-band tripler with a novel structure. Input frequency is 25-36.7 GHz, output frequency 75-110 GHz, input power is 20dBm and conversion loss 16 dB. It can extend microwave signal to W-band (adding in Ka-band doubler). In the design, we give some approaches to achieve high band performances.     

A 0.2-W Heterostructure Barrier Varactor Frequency Tripler at 113 GHz

We present a high-power InAlAs/InGaAs/InP heterostructure barrier varactor (HBV) frequency tripler. The HBV device topology was designed for efficient thermal dissipation and high efficiency. To verify simulations, the device was flip-chip soldered onto embedding microstrip circuitry on an aluminum nitride substrate. This hybrid circuit was then mounted in a waveguide block without any movable tuners. From the resulting RF measurements, the maximum output power was 195 mW at 113 GHz, with a conversion efficiency of 15%. The measured 3-dB bandwidth was 1.5%     

110 GHz gyrotron with a built-in high-efficiency converter

A 110 GHz 1 MW pulse gyrotron has been elaborated. A built-in electrodynamic duct consisting of a new type quasi-optical converter and three matching mirrors transforms operating mode TE_15,4 into a gaussian beam going through the output window. The efficiency of the duct (ratio of the gaussian beam power outside the gyrotron to the total microwave power at the output of the cavity) is about 95%. A system consisting of the gyrotron and an outer mirror transmission line is proved to have efficiency (ratio of the microwave power measured by calorimeter at the end of line to the power of the electron beam) more than 40%.     

W波段三倍频器的设计与仿真

分析了平衡倍频器的工作原理和结构,并使用商用肖特基势垒二极管DBES105a设计一个W波段宽带三倍频器。电路采用微带线制作,并安装在波导中。倍频器电路的波导微带过渡结构、低通滤波器和匹配枝节均使用电磁场分析软件HFSS仿真。最后在ADS中利用谐波平衡法对倍频器电路进行优化。仿真结果表明,当输入功率为20 dBm时,在80 GHz～100 GHz范围内,输出功率十分平稳,约为5 dBm。     

110 GHz GaAs FET oscillator

A W-band GaAs FET oscillator has been demonstrated for the first time. A 75 ?m gate width device with sub-half-micrometre (0.2 ?m) electron-beam defined gates was used as a common-gate oscillator for operation in the 70 to 110 GHz frequency range. The highest oscillation frequency achieved was 110 GHz.     

Computer Simulation of a 5.7GHz, 110kW Transit-Time Oscillator

A high-power transit-time oscillator producing 110kW at 5.7GHz in the TM₀₁₀ cavity mode is described. The device comprises a temperature-limited diode electron gun operating at 40A in the range from 28kV to 35kV and an intermediate coaxial cavity from which the microwave power is extracted through a TEM coaxial guide. The diode serves also as a resonant cavity, where electromagnetic oscillations are grown from noise. The effect of the applied voltage on both the output microwave power and the instability saturation time has been investigated leading to an optimal diode voltage of 33kV.     

W波段宽带高效率电阻性三倍频器设计

本文基于TSC-AP-03020混频二极管设计了W频带全波段三倍频器,考虑到二极管各种寄生参数的影响,采用去嵌入阻抗的方法,提取二极管物理结构的S参数文件,结合二极管SPICE模型,提取二极管的输入阻抗和三次谐波输出阻抗.基于计算的阻抗,综合分析输入输出阻抗匹配网络和波导-鳍线过渡,采用一体化设计方法,提取倍频器无源电路的整体S参数,通过谐波平衡分析方法,优化倍频器的倍频效率.设计的W波段倍频器在100GHz测得最高倍频效率4.2％.在75-110GHz倍频效率典型值为3.5％,倍频效率响应曲线平坦,性能优于国外同类产品水平,解决了W波段宽带信号源的问题.