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。     

基于倒扣技术的190～225GHz肖特基二极管高效率二倍频器（英文）

基于分立式GaA s肖特基势垒二极管,研制出了190~225 GHz高效率二倍频器.50μm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。     

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。     

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。     

基于平面GaAs肖特基二极管的220 GHz倍频器北大核心CSCD

设计和制造了一种高效高功率的220GHz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210～230GHz的频带范围内,220GHz倍频器在20mW固定功率输入条件下测试,功率输出大于0．5mw;在100mw固定功率注入时,整个20GHz频带范围内功率输出大于2．1mW,在214GHz处输出峰值功率5mW,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。220GHz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。     

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275 GHz三倍频器研制

为达到接收机中550 GHz混频器前端本振源的输出功率,对核心器件倍频器进行了研究.采用固态电子器件的方式设计并实现了275 GHz非平衡式三倍频器.通过建立理想倍频器电路模型,分析了肖特基二极管管芯参数对整体倍频器性能的影响,并对电路中等效电容、电感值及输入输出匹配端阻抗和相位进行了优化设计,以提升带外抑制特性和倍频...     

基于肖特基阻性二极管的140 GHz二倍频器

介绍了一种基于肖特基阻性Z-极管的140GHzZ-倍频器,该倍频器采用矩形波导内嵌石英基片微带电路,通过四肖特基结正向并联结构提高驱动功率承受能力。倍频设计中应用了自建精确二极管三维电磁模型、宽带电磁耦合结构和宽带阻抗匹配结构,以提高仿真结果和实际器件的吻合度。测试结果表明：在频率为65GHz一75GHz,功率为20dBm的驱动信号激励下,二倍频器输出频率为130GHz～150GHz,输出功率为3．3dBm～8．0dBm,倍频损耗为11．7dB～16．3dB。在23dBm-24dBm的最大驱动功率激励下,倍频器最大输出功率达11．2dBm／136GHz,基本达到了成像雷达的应用性能指标。     

220GHz 平衡式二倍频器设计

本文介绍一种基于平面肖特基势垒二极管的220GHz 平衡式二倍频器设计。通过输入、输出信号的电磁场模式 变化实现平衡结构,并控制偏置电压和输入功率使二极管工作于变容模式。采用HFSS 和ADS 联合仿真获得最佳二极管 嵌入电路,输入功率为50mW 时得到最佳变频效率为21%,在212GHz 至235GHz 范围内变频损耗优于8dB。     

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。     

基于零偏置肖特基二极管的270GHz高性能波导检波器（英文）

根据InP二极管的物理结构,采用三维高频电磁仿真软件对其精确建模仿真,获得二极管的物理模型和匹配电路的精确参数,而后将此模型利用谐波平衡进行仿真设计.最后,在此基础上采用InP肖特基二极管,设计制作并测试了国内首款270 GHz的零偏置检波器.检波器的最大电压响应度为1600 V/W,在260~280 GHz范围内,电压响应的典型值为1400 V/W,其对应的等效噪声功率典型值为18 pW/槡Hz.实验结果与仿真结果比较吻合,其结果表明,设计方法较为精确,具有设计简单、优化方便等优点.     

多阳极220GHz倍频器单片设计

介绍了一款基于GaAs肖特基二极管单片工艺的220 GHz倍频器的设计过程以及测试结果。为提高输出功率,倍频器采用多阳极结构,8个二极管在波导呈镜像对称排列,形成平衡式倍频器结构。采用差异式结电容设计解决了多阳极结构端口散射参数不一致问题,提高了倍频器的转换效率和工作带宽。对设计的倍频器进行流片、装配和测试,测试结果显示：倍频器在204～234 GHz频率范围内,转化效率大于15%;226 GHz峰值频率下实现最大输出功率为90.5 mW,转换效率为22.6%。设计的220 GHz倍频器输出功率高,转化效率高,工作带宽大。     

335 GHz非平衡式肖特基二极管三倍频器

基于混合集成的方式,采用对称锥形渐变线匹配结构设计了335 GHz非平衡式三倍频器。在保证单模传输的条件下,该匹配结构不仅能够固定二极管位置,而且可以增大匹配效果,解决了高频段倍频器3 dB带宽较窄的问题。实测结果表明,该倍频器在330~356 GHz频率范围内输出功率均大于5 mW。驱动功率为220 mW时,有最高输出功率11.2 mW,由它作为核心器件组成的固态太赫兹本振源,能够驱动超外差接收机中670 GHz二次谐波混频器。     

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。     

一种高集成高空间分辨率220 GHz检波器（英文）

设计了一种高集成检波器,其包含贴片天线、匹配电路、肖特基二极管和透镜.在中芯国际130 nm工艺下将天线、匹配电路、肖特基二极管集成到一个芯片上,检波器的集成度相比于分离式有了明显的提高.为增强片上天线的方向性,进行了带有空气腔的尼龙透镜的设计和优化.透镜上的空气腔不但提供了组装空间而且减小了透镜体积.通过测试,天线在220 GHz辐射增益为22 dB,其中透镜贡献约为20 dB.检波器测试得到的响应率可达到130~150 V/W,等效噪声功率计算为400~460 pW/Hz~(1/2).     

基于再生长欧姆接触工艺的220 GHz InAlN/GaN场效应晶体管（英文）

在蓝宝石衬底上研制了具有高电流增益截止频率(f_T)的InAlN/GaN异质结场效应晶体管(HFETs).基于MOCVD外延n+-GaN欧姆接触工艺实现了器件尺寸的缩小,有效源漏间距(Lsd)缩小至600 nm.此外,采用自对准工艺制备了50 nm直栅.由于器件尺寸的缩小,Vgs=1 V下器件最大饱和电流(I_(ds))达到2.11 A/mm,峰值跨导达到609 mS/mm.根据小信号测试结果,外推得到器件的fT和最大振荡频率(fmax)分别为220 GHz和48 GHz.据我们所知,该f_T值是目前国内InAlN/GaN HFETs器件报道的最高结果.     

基于肖特基变容二极管和改进型CSMRs滤波器单级340GHz四倍频器

在四倍频器设计中首先对二极管进行I-V曲线、C-V曲线、等离子振荡和趋肤效应等进行计算,完成肖特基二极管电路建模;通过谐波和三维电磁仿真工具优化电路中各次谐波最佳阻抗值;通过引入改进紧凑型悬置微带线震荡器(Compact Suspended Microstrip Resonators(CSMRs))滤波器,成功将二次和三次谐波短路,同时减小长宽比,满足装配条件。实验表明,四倍频在334~346 GHz频段内输出功率均大于1 mW,最大输出4 mW,当驱动功率为100 mW时,最高效率可达3%。     

220GHz折叠波导慢波结构的有损参数化模型（英文）

建立了自洽的考虑波导璧损耗的折叠波导等效电路模型,用来计算该慢波结构周期TE10模式中各次空间谐波的相速度,耦合阻抗和线衰减系数.分析结果将会用到220 GHz折叠波导返波管一维束波互作用模型的计算中.当微波频率上升到太赫兹波段时,粗糙波导表面电流导致的壁损将不能再忽略不计.进一步研究表明,起振电流和输出功率水平将和损耗特性的计算密切相关.从原有模型发展而来的有损电路模型可以给出更准确损耗估计.建立了折叠波导慢波线三维谐振腔模型来验证本文的等效电路理论,有较好的吻合.采用了该理论导出参数的一维束波互作用模型和三维数值PIC方法同样有很好的一致性.