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。     

220GHz GaAs单片集成分谐波混频器

基于在30μm厚的GaAs衬底上开发的平面肖特基二极管,设计了220 GHz GaAs单片集成分谐波混频器。考虑了二极管外形结构对电磁波传输的影响,采用场路结合联合仿真的经典方法建立二极管模型来仿真其电性能,并利用这一模型在非线性电路仿真软件中对混频器的性能进行仿真和优化。制作的220 GHz分谐波混频器模块在本振频率为110 GHz、输入功率为6 dBm的条件下进行测试。结果表明,在射频频率210～220 GHz内,混频器模块的单边带变频损耗小于11 dB,在220 GHz处具有最小变频损耗,为7.2 dB。     

140 GHz关键射频组件研究

在基于超外差体制的太赫兹无线通信系统接收机和发射机中,混频器、滤波器和本振源是决定系统性能的关键器件。本文分别针对基于肖特基二极管技术的140 GHz次谐波混频器、基于微机电系统（MEMS）体硅工艺的140 GHz带通滤波器和V波段毫米波本振倍频源的仿真设计和关键工艺开展了研究。测试结果表明：140 GHz次谐波混频器单边带转换损耗为26 dB,140 GHz带通滤波器的带内插损为8 dB,V波段毫米波本振倍频源最大输出功率大于50 mW（63.2 GHz~67.2 GHz）。     

基于肖特基二极管的670 GHz四次谐波混频器设计

常温固态太赫兹谐波混频器是太赫兹系统应用中的关键器件。介绍了一款基于肖特基二极管的670 GHz四次谐波混频器的仿真与设计。在高频结构仿真软件(HFSS)中对准垂直结构肖特基势垒变阻二极管进行三维结构建模,采用基于谐波平衡算法的整体综合仿真方法对混频器进行仿真和优化。结果表明：在功率为10 mW的167 GHz本振信号驱动下,混频器单边带变频损耗在637~697 GHz射频频率范围内小于13.8 dB,3 dB变频损耗带宽为60 GHz;最优单边带变频损耗在679 GHz为10.6 dB。     

340GHz 四次谐波混频器的研制

太赫兹波是电磁波谱中最后一个未被全面研究开发的频率窗口,它的开发和利用具有重大的科学价值。介绍了一种太赫兹频段内340GHz基于肖特基势垒二极管的四次谐波混频器设计。应用高频场仿真软件(HFSS)以及谐波平衡仿真软件(ADS),对反向并联二极管对进行3D建模及阻抗频率特性分析,并在此基础上对混频器进行优化。最后,对该混频器进行加工和测试,结果表明,在327~343GHz频带范围内,变频损耗小于15dB,最优值为12.7dB。     

采用次谐波混频技术的毫米波超宽带混频器研制

提出了一种次谐波混频技术结合宽带匹配滤波电路的设计方法,能有效降低本振源的制作难度,并可扩展中频带宽。应用高频场仿真软件以及谐波平衡仿真软件,研制了两个频段的超宽带次谐波混频器。测试结果:K频段混频器,固定本振频率15 GHz,射频频率在18~26.5 GHz的频带内变化时,变频损耗小于10.7 dB,最小变频损耗为7.5 dB;Ka频段混频器,固定本振频率22 GHz,射频频率在26.5~40 GHz的频带内变化时,变频损耗小于11.5 dB,最小变频损耗为8 dB。测试结果指标与传统的双平衡混频器指标相当,证明了电路设计方案的正确性。     

220 GHz 二次谐波混频器集成模块

在220 GHz二次谐波混频器的设计基础上,提出中频传输波导的垂直转换结构,实现了四通道混频器集成模块方案,缩短了混频器单通道的横向尺寸,为太赫兹接收机系统多通道线阵列集成提供了可行性方案。为优化系统模型的准确性,基于TCAD对肖特基势垒二极管进行三维半导体器件建模计算,依据提取的关键特性参数进行混频器的高频电磁波仿真。通过对该设计方案进行测试,结果表明:当本振频率为110 GHz,功率为7 dBm,射频输入200~240 GHz,混频器的单边带变频损耗为8.6~13 dB,在204~238 GHz的单边带变频损耗为8.6~11.3 dB。当本振频率为108 GHz时,驱动功率仅需3 dBm。此外,基于该混频器模块构建的220 GHz接收机系统,积分时间为700 μs时其温度灵敏度为1.3 K。     

0.18μm CMOS X波段接收机射频前端设计

本文给出了一个采用TSMC 0.18 m CMOS工艺应用于X波段SAR(合成孔径雷达)的单片接收机射频前端的设计。接收机前端由低噪声放大器和混频器组成,低噪声放大器工作在9 GHz~11GHz,混频器将10GHz的射频信号转换到2GHz中频,本振信号由片外提供。在X波段频率下,尽管CMOS 0.18μm工艺特征频率比较低,工作仍然实现了低噪声系数,提高了集成度。测试结果表明,本设计在300MHz的带宽上实现了20dB的转换增益,噪声系数达到2.7Db,输入1dB压缩点达到-19.2dBm,在1.8V的电源电压下前端消耗26.6mA电流,芯片面积为1.3×0.97mm2。     

毫米波单片有源混频器的研制

采用OMMIC 0.18μm GaAs pHEMT工艺,研制了毫米波单片有源混频器.该混频器选用单栅极单端FET混频结构.在中频输出端设计了低通滤波器,以提高LO-IF、RF-IF的隔离度.芯片的尺寸仅为0.95mm×1.85mm.在射频频率为39GHz、输出中频频率为3GHz时,该混频器的变频增益为0.6dB,LO-IF隔离度大于55dB,RF-IF的隔离度大于30dB.     

基于Schottky二极管和Hammer-Head滤波器0.67 THz二次谐波混频器

通过测量肖特基二极管的I-V和C-V曲线,建立等效电路模型.利用三维电磁场和谐波平衡仿真工具分别进行三维结构仿真和电路宽带匹配,最终实现混合集成方式的0.67THz谐波混频器设计.测试结果表明:混频器中心频率为0.685 THz,射频3 dB带宽为47 GHz,双边带变频损耗13.1~16 dB,在685 GHz双边带噪声温度最低值为11500 K.