330GHz砷化镓单片集成分谐波混频器

在太赫兹频段,二极管尺寸与波长相比已不能忽略,二极管的封装会引入很大的寄生参量,因此需建立二极管三维模型提取寄生参数.同时人工装配难度增大,会增加电路不确定性.采用12μm砷化镓单片集成悬置微带线结构,基于电子科技大学与中国电子科技集团第十三研究所自主联合设计的肖特基二极管研制330 GHz砷化镓单片集成分谐波混频器.实测结果显示在5 mW本振功率的驱动下,在328 GHz可得到最小变频损耗10.4 dB,在320~340 GHz范围内,单边带变频损耗小于14.7 dB.     

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。     

330 GHz高性能二次谐波混频器设计

采用反向并联肖特基二极管对设计了一种330 GHz二次谐波混频器。混频器电路采用微带结构,使用波导-微带探针耦合的形式进行过渡;采用50 μm厚的石英作为基板,有效减小了电路体积;采用HFSS和ADS对电路进行仿真和谐波平衡仿真。仿真结果显示,混频器在310~350 GHz范围内的变频损耗优于9.5 dB,所需本振(LO)功率为3 dBm,有效降低了对本振的要求。     

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。     

330 GHz单片集成分谐波混频器

根据反向并联二极管的外围结构和材料构成,以四端口S参数包的形式建立了二极管结外围无源结构的三维电磁模型,与非线性仿真软件中的肖特基结模型结合起来建立太赫兹二极管对的完整模型,这样的处理方法提高了计算机仿真的准确性。分谐波混频电路制作在12m厚度的砷化镓基片上,单片电路悬置安装在本振和射频中间剖开的减高波导腔体内。在本振5 mW功率注入时混频单片在330 GHz的频带范围内最小插损为10 dB。因为单片集成电路以四个梁式引线与波导外壁柔性连接,一端固定在波导壁上,混频单片电路能够释放腔体随温度变化而产生的机械应力。     

星载220 GHz分谐波混频器设计

为满足星载辐射计系统应用,提出了一款220 GHz次谐波混频器。基于平面GaAs肖特基二极管3D电磁模型,混频器电路和结构优化设计采用HFSS和ADS联合仿真实现。通过在50μm厚的石英基板上倒装反向并联二极管对以及采用纳米银胶将基板粘接在硅铝波导腔的工艺方式,设计并加工实现了一款210～240 GHz分谐波混频器,单边带最小变频损耗仿真结果为7.33 dB,实测变频损耗优于9.6 dB。按照某卫星规定的各项环境试验条件验证其在不同环境条件下的性能,结果证明该混频器试验前后一致性较好。     

基于肖特基势垒二极管三维电磁模型的220GHz三倍频器

采用阻性肖特基势垒二极管UMS DBES105a设计了一个太赫兹三倍频器.为了提高功率容量和倍频效率,该倍频器采用反向并联二极管对结构实现平衡式倍频.根据S参数测试曲线建立了该二极管的等效电路模型并提取了模型参数.由于在太赫兹频段二极管的封装影响到电路的场分布,将传统的二极管SPICE参数直接应用于太赫兹频段的电路设计存在一定缺陷,因此还建立了二极管的三维电磁模型.基于该模型研制出的220 GHz三倍频器最大输出功率为1.7 mW,最小倍频损耗为17.5 dB,在223.5 GHz~237 GHz输出频率范围内,倍频损耗小于22 dB.     

基于T形阳极GaAs肖特基二极管薄膜集成电路工艺的664 GHz次谐波混频器

报道了用于冰云探测的基于0.5 μm T形阳极砷化镓肖特基二极管薄膜集成电路工艺664 GHz次谐波混频器。为降低器件寄生参数,提升太赫兹频段电路性能,设计并分析了了T形阳极GaAs SBD器件结构,开发了厚度仅5 μm的薄膜电路工艺。混频器芯片组装成664 GHz接收模块,经测试室温下664 GHz最小双边带变频损耗达到 9.9 dB。     

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%。     

太赫兹宽带分谐波混频器设计

太赫兹分谐波混频器的变频损耗、噪声系数等指标与基波混频器相近,且本振频率为射频频率的一半,大大降低了本振源的设计难度和制作成本,是高性能太赫兹接收前端的关键部件。本文介绍了一种覆盖全波导带宽的太赫兹宽带分谐波混频器的设计,对电路中射频波导至悬置带线过渡结构和本振中频双工器进行仿真和优化设计。并以0.14~0.22THz分谐波混频器为例进行设计和制作,测试结果表明0.14~0.22THz分谐波混频器在全波导频段内最大变频损耗低于15d B,中频3d B带宽大于20GHz。     

基于肖特基二极管的四次谐波混频器

针对冰云探测设备的预研,详细介绍了一款基于肖特基二极管的低变频损耗670 GHz四次谐波混频器.为了提升混频效率,采用两级紧凑微带共振单元（CMRC）本振低通滤波器来抑制射频信号、本振三次谐波及二次谐波混频产物.由于本振频率仅为射频频率的四分之一,大大降低了本振链路的复杂度和成本.测试结果表明,在640~700 GHz频带内单边带变频损耗为16.7~22.1 dB,在665 GHz最优单边带变频损耗为16.8 dB.     

Design of Subharmonic Mixers above 100 GHz

This paper presents the design and simulation of several fixed-tuned sub-harmonic mixers cover frequencies from 110 GH to 130 GHz, 215 GH to 235 GHz, 310 GH to 350 GHz, and 400 GH to 440 GHz. Among them, 120 GHz, 225 GHz, 330 GHz subharmonic mixers are designed with flip-chipped planar schottky diode mounted onto a suspended quartz-based substrate, the 225 GHz and 425 GHz subharmonic mixers are GaAs membrane integrated, and the 115 GHz subharmonic mixer has been fabricated and tested already.     

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）。     

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。     

基于肖特基势垒二极管的太赫兹固态倍频源和检测器研制

本文基于GaAs肖特基势垒二极管以及混合集成电路工艺,对太赫兹固态倍频和检测技术开展了研究.文章结合肖特基势垒二极管物理结构,采用电磁场仿真软件和电路仿真软件相结合的综合分析方法,对各模块电路进行优化设计,研制出了高倍频效率的倍频源和高灵敏度的检测器(检波器和谐波混频器).0.15THz检波器测得最高检波电压灵敏度1600mV/mW,在0.11~0.17THz灵敏度典型值为600mV/mW,切线灵敏度优于-29dBm.0.15THz二倍频器测得最高倍频效率7.5%,在0.1474~0.152THz效率典型值为6.0%.0.18THz二倍频器测得最高倍频效率14.8%,在0.15~0.2THz效率典型值为8.0%.0.15THz谐波混频器测得最低变频损耗10.7dB,在0.135~0.165THz变频损耗典型值为12.5dB.0.18THz谐波混频器测得最低变频损耗5.8dB,在0.165~0.2THz变频损耗典型值为13.5dB,在0.21~0.24THz变频损耗典型值为11.5dB.     

用于802.11a的5.5GHz低噪声正交混频器的设计

设计了一种新的工作在5．5GHz的低噪声正交混频器。为了减少传统Gilbert正交混频器中的噪声，使用了一个电感来抵消寄生电容对于噪声系数的影响。经过仿真在1．8V电压下，当本振（LO）、射频（RF）和中频（IF）的频率分别为5．51GHz，5．5GHz和10MHz的情况下，单边带噪声系数（SSBNF）可以低至8．33dB，三阶输入截至点（ⅡP3）为2．88dBm，功耗为14．4mW。     

基于F1596的乘积型混频器电路设计与实现

针对混频器在接收机电路中的重要性,设计实现了一种基于F1596的乘积型混频器电路。为使该电路能够输出频率稳定的信号,在电路设计中采用鉴频器取样控制VCO产生的本振信号,使该电路具有频谱纯净、失真度小、输出稳定等优点,满足了接收机混频器的使用要求。     

基于肖特基二极管的450 GHz二次谐波混频器

为了在亚毫米波波段进行遥感探测,研制了450GHz的二次谐波混频器.混频器的核心部件是一对反向并联的肖特基二极管,长度为74μm,截止频率高达8THz.在石英基片上搭建悬置微带的匹配电路,并采用一分为二的金属腔体.在二极管的仿真中获得二极管管芯的输入阻抗,然后考虑二极管的封装、匹配电路,仿真得到混频器的单边带变频损耗为8.0dB,所需本振功率为4mW.测试表明,本混频器的单边带变频损耗的最佳值为14.0dB,433~451GHz之间的损耗小于17.0dB,3dB带宽为18GHz,所需的本振功率为5mW.     

一种2. 8～6GHz 单片双平衡无源混频器

采用WIN 0.15μm GaAs pHEMT 工艺研制了2.8~6 GHz 的片上双平衡无源混频器。混频器在本振端和射频端均采用不同尺寸的螺旋型Marchand 巴伦结构,不仅大大缩小了芯片尺寸,并且在没有外加补偿电路的情况下,在2.8 ~6 GHz 频带范围内均取得良好匹配。测试结果表明,混频器的变频损耗小于8 dB,射频端口反射系数小于-10 dB,LO 到RF 的隔离度大于40 dB,输入1 dB 压缩点大于10 dBm,输入三阶交调阻断点大于17 dBm。仿真与实测结果对应良好,芯片总面积为1.4 mm×1.1 mm。