一种基于微\纳米加工技术的新型太赫兹片上螺旋天线

给出了一种基于微\纳米加工技术的3D片上天线结构,天线工作频率为1.5THz。该天线结构包含圆柱形金属螺旋和衬底上的微带馈线两个部分。所提出的天线结构可以在单片晶圆上利用微\纳米加工技术实现,且方便与系统其它部分的电路集成于同一芯片内部。天线在1.4~1.6THz频段内具有很高的增益（11 dBi）和很宽的工作带宽（200GHz）,非常适合应用于太赫兹通信系统。     

基于太赫兹片上系统微带线的设计与仿真

太赫兹片上系统是一种将太赫兹产生和探测装置以及波导传输装置集成在同一基片上的设计,应用于晶体材料的共振吸收以实现对太赫兹时域光谱的探测。太赫兹产生与探测装置都由光电导天线构成,波导传输装置由微带线构成。微带线是一种能够传输高频电磁波的波导结构,但相比于自由空间波导具有高损耗和散射特性。为了研究微带线的结构参数对太赫兹波传输损耗的影响,采用模拟仿真的方法,得出了传输损耗随着传输长度和频率的增加而增加,随着微带线金属层厚度与介质层厚度的增加而减少的规律,从而证明了传输损耗的减少能够通过合理设计微带线结构来实现。     

太赫兹射频器件与集成技术研究

无线通信、探测感知、安全检测、人工智能等民用和国防电子信息技术的不断快速发展与演进,对太赫兹(0.1～1 THz)技术提出了越来越迫切的应用需求。太赫兹波段具有丰富的频谱带宽资源,其宽带特性可以支撑未来6G高速率通信、新一代高分辨雷达系统性能的实现。同时,太赫兹通信和探测必须克服高频率、短波长所带来的高传播路径衰减、激增的无源器件与互连损耗以及有源器件功率生成和效率难题。本文将回顾太赫兹射频器件与集成技术的发展现状,阐述上海交通大学团队通过新型无源、有源器件与天线及其先进封装等技术方法,整体提升太赫兹前端系统性能的相关研究进展。     

宽带太赫兹偶极子光电导接收天线研究

太赫兹光电导天线广泛应用于宽带脉冲太赫兹波的检测,是太赫兹光谱和成像系统中的重要器件。偶极子光电导天线由于其结构简单、制作容易成为使用最广泛的一类太赫兹光电导接收天线。衡量太赫兹光电导探测天线的一个重要指标是其响应带宽。针对偶极子天线的探测带宽,分别对天线臂长为10、50、150 m的偶极子天线及一种作为对比的178 m的蝶形天线（Bowtie antenna）进行了实验及理论研究。结果显示其探测带宽随天线臂长增加而减小,与微波天线理论一致。进一步的,采用商用电磁场数值仿真软件进行建模仿真,仿真结果与理论及实验结果具有很好的一致性,证实数值仿真已在很大程度上模拟出实际天线的特性,从而为优化结构参数制作大宽带和高灵敏度的太赫兹天线提供支持。同时,对超半球硅衬底透镜对天线接收频谱的影响也进行了探讨。     

太赫兹超高斯波纹喇叭天线设计

设计了一种新型太赫兹(THz)超高斯波纹喇叭天线。它由正弦曲线部分和线性平行部分组成,可同时激励起HE11和HE12两种模式。该天线工作的中心频点为0.34 THz,带宽大于40 GHz。在本文设计中,高斯基模的能量耦合效率可提高到99.8%。同时具有-37 dB的旁瓣电平和-50 dB的交叉极化特性。仿真和实测结果也表明此天线的优良性能,可以看出仿真结果与实测结果非常吻合。     

基于CMOS工艺的太赫兹探测器

提出了一种新型多频太赫磁探测器电路结构,采用圆形、菱形以及环形天线嵌套式构成多频探测单元,四个探测器相互之间设计保护层包围隔离,防止外部电路对其影响.在高频结构仿真器(HFSS)下对设计的双环差分天线、单环差分天线、圆形开槽天线和菱形天线进行模型与特性参数仿真优化.基于TSMC CMOS 0.18 μm工艺制备了多频太赫兹探测器芯片,该芯片能实现280,290,320,600和806 GHz多频段探测功能.测试结果表明,双环天线结构、圆形开槽天线结构、菱形天线结构和单环差分天线结构的探测器在阈值电压为0.42 V时,最佳响应度分别为366.6,1 286.6,366.3和701.2 V/W,最小噪声等效功率分别为0.578,0.211,0.594和0.261 nW/√Hz.     

基于GaN TMIC集成片上天线技术的太赫兹功率放大器

介绍了一种由矩形微带贴片天线和功率放大器一体化集成设计的发射类型单片太赫兹集成电路.该电路采用 GaN HEMT 工艺制备, 实现了高功率密度和高效集成.片上天线被设计为功率放大器输出端接的功率辐射器和频率相关的输出负载调谐器.采用负载牵引技术实现了放大器与天线之间良好的阻抗匹配.在 100~110 GHz的频带范围内, 功率放大器的平均输出功率为 25.2 dBm, 平均功率附加效率（PAE） 为5.83%.单片太赫兹集成电路具有良好的辐射特性, 芯片的10 dB带宽为 1.5 GHz, 在109 GHz估算的等效各向同性辐射功率 （EIRP） 为 25.5 dBm.     

太赫兹平面天线的设计

天线与太赫兹检测器的匹配网络是集成天线与太赫兹检测器的核心。针对低阻抗太赫兹检测器,在650 GHz设计了输入阻抗为7 Ω的平面U型天线和接有λg/4匹配器的蝶形天线,以及输入阻抗为50 Ω的平面对数天线和平面对数正弦天线。检测器的直流偏置电路会使天线上的高频能量通过该偏置回路漏出,故在偏置线上应用带隙结构形成低通滤波器。仿真了该滤波器的相关参数及接入位置,使得高频下天线不受超导检测器偏置回路的影响。     

基于微纳结构太赫兹光电导天线辐射特性研究

光电导天线(PCA)作为常用的太赫兹发射器件,如何提高其辐射效率,成为国内外研究人员研究的重点.通过时域有限差分法对PCA辐射效率进行研究,在光敏层表面加入柱状结构,使更多的光被捕获到光敏层,模拟结果表明该结构具有显著增强辐射效率的作用.通过对比材料、柱状形状对增强效果的影响,结果表明,在同一种柱状结构下,银材料的PC...     

基于SiGe BiCMOS工艺的片上太赫兹滤波器

基于硅锗双极-互补金属氧化物半导体(SiGe BiCMOS)工艺,采用衬底集成波导(SIW)结构,设计了几款片上太赫兹滤波器。测试结果中带宽和中心频率分别为20 GHz@139 GHz,20 GHz@168 GHz和26 GHz@324 GHz,结果表明制作的带通滤波器中心频率与设计的偏差很小;滤波器在中心频率的插入损耗为-6 dB@139 GHz,-5.5 dB@168 GHz和-5 dB@324 GHz。     

高辐射强度的带THz扼流圈的偶极天线阵列模拟分析

为了提高太赫兹辐射强度, 设计了带THz扼流圈的偶极天线阵列.模拟结果表明, 增加直线阵的阵元数对平均匹配效率影响很小, 却能线性增加相干辐射强度.加入THz扼流圈可减小进入到传输线的交流分量, 进而减小共振频率的偏移, 使平均匹配效率提升了两倍.相比于网格排列的平面阵, 交错排列的阵元在垂直方向上具有更小的耦合, THz发射谱更窄.通过使用聚酰亚胺透镜代替硅透镜, 可有效提高输入电阻, 并将总效率由25%提高到35%.     

THz输能窗及天线一体化结构的研究

提出了一种THz输能窗及天线一体化结构,并利用三维电磁仿真软件对其进行模拟计算。计算结果表明这种结构在0.20 THz～0.24 THz范围内的驻波比小于1.5,而所需蓝宝石窗片厚度为0.3 mm,是已知盒型窗窗片厚度的在2倍。这表明在相同工艺条件下,这种结构可以工作在相同厚度窗片盒形窗的2倍工作频率。此外,这种结构还集成了小型天线,减少了太赫兹源的外围波导系统,方便了使用。     

基于光混频的太赫兹双频通信天线的设计和仿真

比较了宽带天线和窄带天线的优缺点,设计了一种用于太赫兹无线通信的双频天线.其是由两个分层且垂直分布的偶极天线组成,两天线处于高度不同的介质层上以避免互相干扰和短路,并具有各自的THz扼流圈以提高性能.上层天线通过介质层开孔处的金属探针连接到低温砷化镓衬底,实现了和下层天线共用一个光照区.上层和下层天线尺寸不同,具有不同的工作频率,在各自的偏置电压回路控制下,不需要调整泵浦光就能实现垂直偏振的双频工作.通过调整尺寸,还可使工作频率落在不同的大气窗口内.在0. 21 THz、0. 35 THz、0. 41 THz、0. 68 THz、0. 85THz和0. 93 THz等大气窗口内,其保持了偶极天线在单频点具有较高性能的优点:最佳总效率分别为14. 9%、28.4%、33. 9%、28. 4%、21. 6%和19. 8%,最大实际增益分别为2. 99 d B、10. 6 d B、11. 8 d B、18. 4 d B、18. 2 d B和18. 3d B.     

Thermal buffer materials for enhancement of device performance of organic light emitting diodes fabricated by laser imaging process

Laser Induced Thermal Imaging (LITI) is a laser addressed thermal patterning technology with unique advantages such as an excellent uniformity of transfer film thickness, a capability of multilayer stack transfer and a possibility to fabricate high resolution as well as large-area display. Nevertheless, it has been an obstacle to use such a laser imaging process as a commercial technology so far because of serious deterioration of the device performances plausibly due to a re-orientation of the molecular stacking especially in the emitting layer during thermal transfer process. To improve device performances, we devised a new concept to suppress the thermal degradation during such kind of thermal imaging process by using a high molecular weight small molecular species with large steric hindrance as well as high thermostability as a thermal buffer layer to realize highly efficient LITI devices. As a result, we obtained very high relative efficiency (by EQE) up to 91.5% at 1000 cd/m² from the LITI devices when we utilize 10-(naphthalene-2-yl)-3-(phenanthren-9-yl)spiro[benzo[ij]tetraphene-7,9′-fluorene] as a thermal buffer material.