0.2THz宽带非平衡式倍频电路研究

基于四阳极结反向串联型GaAs平面肖特基二极管,设计并实现了0.2 THz宽带非平衡式二次倍频电路。肖特基二极管倒装焊接在75 m石英电路上。在小功率和大功率注入条件下,测试了倍频电路的输出功率和倍频效率。输入功率在10~15 mW时,通过加载正向偏置电压,在210~224 GHz,倍频效率大于3%,在212 GHz处有最高点倍频效率为7.8%。输入功率在48~88 mW时,在自偏压条件下,210~224 GHz带内倍频效率大于3.6%,在214 GHz处测得最大倍频效率为5.7%。固定输出频率为212 GHz,在132 mW功率注入时,自偏压输出功率最大为5.7 mW,加载反向偏置电压为-0.8 V时,输出功率为7.5 mW。     

基于倒扣技术的190~225 GHz肖特基二极管高效率二倍频器

基于分立式GaAs肖特基势垒二极管,研制出了190～225 GHz高效率二倍频器.50 μm厚石英电路利用倒扣技术,实现二极管的良好散热、可靠的射频信号及直流地.通过数值分析方法,二极管非线性结采用集总端口模拟,提取二极管的嵌入阻抗,以设计阻抗匹配电路.在202 GHz,测得最高倍频效率为9.6％,当输入驱动功率为85.5 mW时,其输出功率为8.25 mW;在190～225 GHz,测得倍频效率典型值为7.5％;该二倍频器工作频带宽、效率响应曲线平坦,性能达到了国外文献报道的水平.     

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。     

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。     

200～220 GHz平衡式高效率二倍频器

基于GaAs肖特基势垒二极管(SBD)芯片,研制了工作频率为200～220 GHz的二倍频器。采用抑制奇次谐波的平衡式电路拓扑结构以提高转换效率;采用击穿电压为-9 V的GaAs SBD并结合多阳极结结构芯片以提高输出功率;采用低阻微带线以减小波导短路面处的阻抗失配;采用三维电磁场仿真与谐波仿真结合的方法对二倍频器进行仿真。制作了二倍频器样品并对其输出功率、转换效率以及高/低温特性进行测试。测试结果表明该二倍频器在200～220 GHz的转换效率均大于10%,在215 GHz下实现了13.5 mW的输出功率和23.6%的转换效率。该二倍频器具有宽频带、高转换效率以及高/低温工作稳定等特点,可应用于下一代太赫兹通信、雷达等设备。     

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.     

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。     

0.14 THz倍频器的设计与仿真

固态倍频器是毫米波及亚毫米波频段超外差接收机中的关键器件,其研制对太赫兹通信具有重要意义。介绍了一种基于肖特基变容二极管的宽带、高效率0.14 THz二倍频器的拓扑结构和仿真设计。该倍频器基于波导腔体石英基片微带电路形式,通过引线互联分别实现肖特基二极管接地和施加外部直流偏置,倍频器各部分采用了宽带电磁耦合结构设计。在开展了二极管建模及阻抗特性分析的基础上,采用三维有限元与非线性谐波平衡联合仿真方法,实现了倍频器的最优化设计。仿真结果表明,当输入频率为65 GHz~75 GHz,驱动功率为20 dBm时,倍频器的输出功率最高达10.1 dBm,倍频效率达10.8%。     

基于NEDI砷化镓肖特基二极管的D波段和G波段倍频源

基于南京电子器件研究所(NEDI)的GaAs工艺线,通过分析器件的有源层(缓冲层、外延层)材料掺杂浓度和厚度、肖特基接触面积等,综合优化二极管性能,研制出了截止频率为3.2 THz的太赫兹变阻二极管.基于该二极管,通过建立其三维场结构,采用电磁场和电路仿真软件相结合的方法,一体化设计匹配电路和器件,研制出了D波段和G波段倍频源.D波段二倍频器在152.6 GHz测得最高倍频效率为2.7%,在147.4~155 GHz效率典型值为1.3%.G波段二倍频器在172 GHz测得最高倍频效率为2.1%,在150~200 GHz效率典型值为1.0%.     

基于对差分结构的高效率285GHz三倍频器

实现了一种基于“对差分”结构的高效率285 GHz三倍频器。相比于传统的基于片上旁路电容的平衡式三倍频电路,这种理念能够将电路的功率容量提高一倍。同时,这种结构的三倍频能够提供高度的幅度和相位平衡性,进而实现更好的直流馈电回路,并通过省去高工艺需求的片上电容而降低了相应的插入损耗。同样,这种电路能够通过“对差分”结构实现偶次谐波的本征抑制,从而保证了在管结数量倍增前提下的更高变频效率。测试结果表明该三倍频器能够在140~210 mW的驱动功率条件下提供12%的最高效率。     

23GHz 0.2μm PHEMT倍频器

应用异或逻辑运算，对输入信号进行非线性变换，产生偶次高阶谐波分量，实现二倍频功能。改进的异或门中，利用LC谐振回路作为异或门的负载，提取出希望得到的频率分量。利用三阶巴特沃斯低通滤波器，解决了芯片输入、输出接口问题。选用微带线和衬底接地的共面波导等不同结构的电感实现形式，充分利用了芯片面积。测试表明，芯片可以在22．62～23．24GHz频率范围内实现二倍频输出。     

0.2THz连续波近场扫描成像方法及实验研究

太赫兹(Terahertz-THz)电磁波是指频率在0.1THz～10THz(波长在30μm～3mm)之问的电磁波,它的独特性质使得它在许多领域具有重要的应用前景.本文简要地综合了THz信号的产生与检测方法以及THz成像技术的发展概况,基于固态电子学和准光学技术研究了一种0.2THz连续波成像方法,利用搭建的成像系统开展了典型目标的成像实验及其图像处理方法的研究.成像结果表明, 0.2THz电磁波对泡沫塑料、纸盒、皮革等非极性材料具有较好的穿透能力,系统的成像分辨率优于3mm.本文的研究成果在安检、生物医学成像、无损检测等方面具有广阔的应用前景,也为便携式THz成像系统的实现提供了可能.     

Sinusoidal frequency doubler

A translinear circuit is described that can perform exact frequency doubling, free of any d.c. component and with linear amplitude transfer. The basic circuit consists of matched-transistor monolithic arrays. Theory and circuit operation with results are given.     

THz辐射的研究和应用新进展

THz频段是一个非常具有科学价值但尚未开发的电磁辐射区域,它的研究涉及物理学、光电子学及材料科学等,它在成像、医学诊断、环境科学、信息通信及基础物理研究领域有着广阔的应用前景和应用价值。当今,获得THz波的方法及THz波的探测研究是THz研究领域的前沿,更是重点。本文综述了THz波的特点、应用领域及发展状况,阐述了THz波的产生方法其探测方法。     

Integrable sinusoidal frequency doubler

A frequency doubling technique for sinusoidal signals is described. The circuit is fully compatible with silicon integrated circuit (IC) technology, and makes use only of integrated bipolar transistors and resistors. Basically a two-quadrant square-law device, the circuit can also be used for instantaneous or average power measurement.     

Millimeter-wave diode-grid frequency doubler

Monolithic diode grid were fabricated on 2-cm² gallium-arsenide wafers in a proof-of-principle test of a quasi-optical varactor millimeter-wave frequency multiplier array concept. An equivalent circuit model based on a transmission-line analysis of plane wave illumination was applied to predict the array performance. The doubler experiments were performed under far-field illumination conditions. A second-harmonic conversion efficiency of 9.5% and output powers of 0.5 W were achieved at 66 GHz when the diode grid was pumped with a pulsed source at 33 GHz. This grid had 760 Schottky-barrier varactor diodes. The average series resistance was 27 Ω, the minimum capacitance was 18 fF at a reverse breakdown voltage of -3 V. The measurements indicate that the diode grid is a feasible device for generating watt-level powers at millimeter frequencies and that substantial improvement is possible by improving the diode breakdown voltage     

多层介质型太赫兹菲涅尔天线研究

基于菲涅尔波带片透镜的设计原理,设计了三款多层介质结构的菲涅尔波带片天线.该天线采用高增益的波纹喇叭天线提供馈电,工作频段为太赫兹通信第一大气窗口320～380GHz,回波损耗低于-15 dB,增益大于25 dBi.研究了菲涅尔波带片天线的周期数和子区数对天线性能的影响,结果表明随着周期和子区数的增加,增益也会不断的提高,而当波带片直径和喇叭口径面积相比拟时,电磁波损耗较大,并且谐振频率在太赫兹大气窗口内右移.