无基片空间合成的220 GHz三次倍频电路研究

基于四阳极结同向串联型GaAs平面肖特基二极管,设计并实现了无基片空间合成的220 GHz三次倍频电路。采用四支肖特基二极管协同工作,在脊波导小片上下两侧各倒装焊接两支肖特基二极管,构成上下反向结构。采用场路结合的方式,对倍频电路的倍频效率进行了仿真。仿真结果显示输入功率为300 mW,输出频率为213~229 GHz时,倍频效率大于3%;采用E波段功率放大器推动三次倍频电路,获得了倍频器输出功率。测试数据表明,驱动功率为300 mW时,输出频率为213~229 GHz时,输出功率大于5 dBm,倍频效率为1%~2%。     

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。     

大功率单路和功率合成式100~115GHz 肖特基平衡式二倍频器

研究了基于肖特基二极管的单路和功率合成式110 GHz大功率平衡式二倍频器。单路倍频器电路具有33%的峰值测试效率,且其工作带宽超过13.6%。另外,采用了不同的双路合成结构来实现两种不同的合成式110 GHz倍频器。该功率合成式倍频器在两只127 μm 厚的 ALN 基片上焊接了四个分立的肖特基二极管。在800 mW的驱动功率下,两种合成式倍频器都测得了大于200 mW的输出功率,证明了利用该合成式倍频结构可实现更高输出功率。     

大功率单路和功率合成式100～115 GHz肖特基平衡式二倍频器（英文）

研究了基于肖特基二极管的单路和功率合成式110GHz大功率平衡式二倍频器。单路倍频器电路具有33%的峰值测试效率,且其工作带宽超过13.6%。另外,采用了不同的双路合成结构来实现两种不同的合成式110 GHz倍频器。该功率合成式倍频器在两只127 μm厚的ALN基片上焊接了四个分立的肖特基二极管。在800 mW的驱动功率下,两种合成式倍频器都测得了大于200 mW的输出功率,证明了利用该合成式倍频结构可实现更高输出功率。     

基于分离式二极管的220GHz 高效率倍频器

在分离式二极管的基础上,实现了220 GHz高效率的二倍频器结构。该倍频器的电路在450 μm宽,2.7 mm长的50 μm石英基片上实现。测试结果表明,在室温下当驱动功率在46.4~164 mW时,在214~226 GHz的频段内能够实现大于16%的倍频效率。另外,当驱动功率在161 mW时,倍频器在218 GHz频点能够输出最高功率32 mW,并且在多个频点拥有高于20%的倍频效率。实验证明,所实现的二倍频器能够作为660 GHz倍频链路的驱动前级使用。     

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。     

W 波段高效率二倍频器研究

本文介绍了基于砷化镓肖特基二极管的W波段高效率二倍频器。倍频器的结构紧凑,输入和输出均采用鳍线过渡。当输入功率为100mW 时,倍频器在91.8GHz 输出最大功率3.3mW。83GHz 到98GHz 的频率范围内,倍频器的倍频效率均大于2%。二倍频器可以把U 波段信号源拓展到W波段。     

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。     

基于平面肖特基二极管的220 GHz二倍频器

介绍了一个基于平面肖特基二极管的220 GHz倍频器。该倍频器工作在室温下,结构简单。为了实现倍频,将一个具有4个反向串联肖特基结的变容二极管安置在石英基片上,直流偏置通过一个石英微带构成的低通滤波器加到二极管上。所有的石英电路基片都用导电胶粘接在波导腔体上,波导腔体是E面剖分的,表面镀金。220 GHz倍频器的测试结果表明,在选择合适的偏置电阻时,该倍频器具有15 mW的输出功率和5%的效率。在213~230 GHz频段,二倍频器的输出功率均在10 mW以上,且带内的功率波动非常小。     

170 GHz高功率二倍频器设计及工艺优化

基于国产肖特基变容二极管,设计了一种170 GHz高功率二倍频器。为了提高肖特基二极管的散热效率,微带基板选用高热导率的氮化铝材料,基片粘接选用一种高热导率的导电银胶。通过实测数据可知,倍频器在171～189 GHz频段内的倍频效率大于10%。当输入功率为100～200 mW时,具有最大倍频效率20.5%;当输入功率为500～1 000 mW时,具有最大输出功率91 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。     

A 1.7-1.9 THz local oscillator source

We report on the design and performance of a /spl times/2/spl times/3/spl times/3 frequency multiplier chain to the 1.7-1.9 THz band. GaAs-based planar Schottky diodes are utilized in each stage. A W-band power amplifier, driven by a commercially available synthesizer, was used to pump the chain with 100 mW of input power. The peak measured output power at room temperature is 3 /spl mu/W at 1740 GHz. When cooled to 120 K, the chain provides more than 1.5 /spl mu/W from 1730 to 1875 GHz and produced a peak of 15 /spl mu/W at 1746 GHz.     

High Efficiency and Wideband 300 GHz Frequency Doubler Based on Six Schottky Diodes

A high efficiency and wideband 300 GHz frequency doubler based on six Schottky diodes is presented in this paper. This balanced doubler features a compact and robust circuit on a 5-μm-thick, 0.36-mm-wide, and 1-mm-long GaAs membrane, fabricated by LERMA-C2N Schottky process. The conversion efficiency is mainly better than 16% across the wide bandwidth of 266–336 GHz (3 dB fractional bandwidth of 24%) when pumping with 20–60 mW input power (P _in) at the room temperature. A peak output power of 14.75 mW at 332 GHz with a 61.18 mW P _in, an excellent peak efficiency of 30.5% at 314 GHz with 43.86 mW P _in and several frequency points with outstanding efficiency of higher than 25% are delivered. This doubler served as the second stage of the 600 GHz frequency multiplier chain is designed, fabricated, and measured. The performance of this 300 GHz doubler is highlighted comparing to the state-of-art terahertz frequency doublers.     

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。     

基于零偏置肖特基二极管的毫米波宽带高灵敏度检波器

Two broadband detectors at W-band and D-band are analyzed and designed with low barrier Schottky diodes. The input circuit of the detectors is realized by low and high impedance microstrip lines, and their output circuit is composed of a radio frequency (RF) bandstop filter and a tuning line for optimum reflection phase of the RF signal. S-parameters of the complete circuit are exported to a circuit simulator for voltage sensitivity analysis. For the W band detectors, the highest measured voltage sensitivity is 11800 mV/mW at 100 GHz, and the sensitivity is higher than 2000 mV/mW in 80-104 GHz. Measured tangential sensitivity (TSS) is higher than-38 dBm, and its linearity is superior than 0.99992 at 95 GHz. For the D band detector, the highest measured voltage sensitivity is 1600 mV/mW, and the typical sensitivity is 600 mV/mW in 110-170 GHz. TSS is higher than-29 dBm, and its linearity is superior than 0.99961 at 150 GHz.     

基于石英基片的W波段高输出功率肖特基二极管倍频器

W-band quartz based high output power fix-tuned doublers are analyzed and designed with planar Schot- tky diodes. Full-wave analysis is carried out to find diode embedding impedances with a lumped port to model the nonlinear junction. Passive networks of the circuit, such as the low pass filter, the E-plane waveguide to strip transitions, input and output matching networks, and passive diode parts are analyzed by using electromagnetic simulators, and the different parts are then combined and optimized together. The exported S-parameters of the doubler circuit are used for multiply efficiency analysis. The highest measured output power is 29.5 mW at 80 GHz and higher than 15 mW in 76-94 GHz. The highest measured efficiency is 11.5% at 92.5 GHz, and the typical value is 6.0% in 70-100 GHz.     

150 GHz大功率二倍频器

基于六阳极结反向串联型砷化镓平面肖特基容性二极管,采用平衡式二倍频器结构,成功研制出一种大功率150 GHz二倍频器。使用三维电磁场与非线性谐波平衡联合仿真方法,提高了仿真结果和实际的吻合度,并根据设计结果完成倍频器的加工、装配和测试。倍频器在输出频率为146~158 GHz下的倍频效率达到7%以上;在输出频率为154 GHz时,倍频效率达到12%,输出功率达到71 mW。     

340 GHz GaN大功率固态倍频链

随着太赫兹技术的应用和发展,对大功率太赫兹固态源的需求愈加迫切。文中基于GaN肖特基二极管(SBD)工艺设计并制造了具有高功率输出的170 GHz和340 GHz太赫兹倍频器,实现了340 GHz大功率太赫兹固态倍频链。采用多管芯GaN SBD提高器件功率承载能力,综合开展电路优化设计提升倍频性能,通过仿真研究和实验测试,验证了倍频器设计的有效性和先进性。170 GHz倍频器的实测峰值输出功率达到580 mW,倍频效率为14.5%。340 GHz倍频器的实测峰值输出功率为66 mW,倍频效率为12.5%。该太赫兹固态倍频链性能优良,在太赫兹系统中具有重要的应用价值。