基于肖特基二极管的太赫兹二倍频器设计

固态倍频器是太赫兹源应用中的关键器件,如何利用非线性器件提高太赫兹倍频器件的效率是设计太赫兹固态电路的关键。本文介绍了利用肖特基二极管非线性特性设计固态太赫兹二倍频器的2种方法,即采用直接阻抗匹配和传输模式匹配设计了2种不同拓扑结构的170 GHz二倍频器,针对设计的结构模型,分别进行三维有限元电磁仿真和非线性谐波平衡仿真。仿真结果表明,在17 dBm输入功率的驱动下,倍频器在160 GHz~180 GHz输出频率范围内,倍频效率在15%左右,输出功率大于7 mW。最后对2种方法设计的倍频器结构进行了简单对比和分析,为今后太赫兹倍频研究和设计提供仿真方法。     

太赫兹倍频器研究进展

太赫兹CMOS电路具有小型化、与大规模硅基工艺兼容的特点,非常适合未来太赫兹通信以及5G通信的应用。本文以太赫兹CMOS本振电路为切入点,调研了国际和国内的最新CMOS倍频器电路结构,在此基础上,对推推(push-push)倍频器、注入锁定倍频器以及混频倍频器的电路结构和特点进行了详细介绍。通过对以上几种倍频器的分析对比,总结了不同的倍频器在实际应用中的优缺点,为太赫兹射频前端小型化实际应用奠定基础。     

基于平面肖特基二极管的太赫兹频段倍频器的研究

基于研究肖特基变容二极管的半导体层结构分析与建模,通过研究太赫兹平面肖特基势全二极管半导体材料的 物理层结构,分析二极管结构的电磁效应及其频率响应特性。研究D 频段变容二极管高效率倍频器技术,在太赫兹频段 倍频器的性能对整个接收机的性能有着至关重要的影响。要实现高频率,高功率,宽频带,高效率,低噪声太赫兹倍频 技术是太赫兹技术领域的核心研究方向之一。研究基肖特基二极管倍频器的关键技术,分析了国内外现状及发展动态。     

固态太赫兹二倍频器设计

研制了一种平衡结构的太赫兹二倍频器,采用Teratech公司的AS1太赫兹平面肖特基二极管。在对太赫兹肖特基二极管建模和分析的基础上,结合HFSS和ADS软件对太赫兹二倍频器进行仿真。对该倍频器进行加工测试,实测结果表明,在180~192GHz,最大输出功率16.3mW,最大倍频效率为9.1%。     

太赫兹行波管级联倍频器

太赫兹行波管(TWT)级联倍频器基于行波管非线性互作用后电子注中的谐波电流,利用行波管和级联谐波系统组成的倍频器获得电磁波倍频放大。以 W 波段行波管二倍频器为例,对器件的正确性和可行性进行验证。利用微波管模拟器套装(MTSS)软件对设计的倍频器进行三维非线性互作用模拟,结果显示,级联了二次谐波系统的 W 波段行波管倍频器与其他工作在140 GHz~220 GHz 波段的小型太赫兹辐射源相比较,具有优越的性能：谐波输出功率在8 GHz 范围内大于2 W,转换增益大于37 dB。利用 CST公司的粒子工作室软件进行三维粒子注波互作用模拟,结果显示,太赫兹行波管级联倍频器作为潜在的太赫兹源具有高功率、宽频带和高实用化的特点。     

半导体超晶格太赫兹倍频器研究

提出一种基于电场驱动的GaAs基微带超晶格高阶谐波产生的太赫兹倍频器,利用平衡方程方法分析了倍频器在磁场下峰值功率输出和在参数空间(E_dc,E_ac)的分布情况。研究表明,在(E_dc,E_ac)的参数平面内,磁场对二次和三次谐波功率的峰值影响不大,但磁场会拓宽谐波输出功率的峰值区域,提高在(E_dc,E_ac)参数空间内输出峰值功率的概率。当E_ac确定时,谐波发射功率峰值的位置会受到直流电场产生的布洛赫振荡频率f_B、交流电场产生的调制布洛赫振荡频率f_MB和磁场引起的回旋振荡频率f_c的影响而发生变化。研究表明,基于半导体超晶格的太赫兹倍频器是很有应用潜力的太赫兹波发生器件。     

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GaAs表面等离子体栅阵结构的太赫兹调制器

太赫兹波具有载频高、带宽大、频谱信息丰富等特点,其在高速通信、分子检测和生物医学成像等领域的潜力已得到广泛关注。太赫兹调制器是太赫兹检测系统中的关键器件,但是当前已报道的调制器都不能同时具备高效、高速、低插入损耗等特点。因此,提出并设计了一种基于GaAs肖特基二极管结合表面等离子体栅阵结构的电控太赫兹调制器。该器件将谐振腔和金属栅阵的电场增强效应相互叠加,大幅提升了器件的调制性能,实现了0.4～1.4 THz范围内多频点调制,最高调制深度约为80%,插入损耗低于10 d B,调制速度大于100kHz。     

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。     

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...     

一种Ka波段倍频器设计

采用肖特基势垒二极管DMK2790,利用ADS与HFSS,进行了Ka波段无源二倍频器的设计。输出频率为38GHz,仿真结果表明,倍频损耗小于5dB。     

阶跃恢复二极管倍频器的设计

阶跃恢复二极管常用于单阶高次的倍频器设计,我们将讨论如何利用阶跃恢复二极管的强非线性特征,设计一个微波倍频器。倍频器的设计要求是输入频率为100MHz,能够宽带输出1～3GHz的信号,同时能够输出2GHz的点频信号。首先将使用软件HSpice仿真和设计一个梳状发生器,然后使用软件ADS(Advanceddesignsystem)仿真和设计一个其带宽为100MHz,通带为1．95GHz～2．05GHz的带通滤波器。     

微波倍频电路的设计

论述微波倍频器的基本设计原理及一种S波段三倍频电路的设计方法.实验结果表明,用这种方法设计的倍频电路,除损失理论上的相位噪声外,几乎不附加噪声,同时倍频效率也比较高.因此,在研制低相噪频率综合器时,采用这种倍频器是非常有用的.     

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。     

微波PIN二极管倍频器研究

用理想的开关模型对反向并联PIN二极管对的输出频谱和倍频损耗进行分析,与混频二极管倍频器和变容二极管倍频器进行了比较,分析了PIN二极管的倍频机理。对微波PIN二极管倍频器进行了实验研究,得出了有益的结论。研制的S波段和C波段五倍频器倍频损耗分别达到15.4 dB和10.6 dB,而S波段的倍频源相位噪声达到—136 dBc/Hz@10 kHz,具有低噪声性能。     

硅基异质集成技术发展趋势与进展

目前主流的异质集成技术有单片异质外延生长、外延层转移和小芯片微米级组装。硅基异质集成主要是指以硅材料为衬底集成异质材料(器件)所形成的集成电路技术。它首先在军用微电子研究中得到重视,并逐渐在民用领域扩展。硅基异质集成技术正处于芯片级集成向晶体管级集成的发展初期,已有关于晶体管级和亚晶体管级集成的报道。本文重点研究了单片三维集成电路(3D SoC)、太赫兹SiGe HBT器件、超高速光互连封装级系统(SiP)、单片集成电磁微系统等硅基异质集成技术前沿,展现了硅基异质集成技术的发展趋势,及其在军用和民用通信、智能传感技术发展中所具有的重要意义。     

一种40次倍频器的设计

设计了一种以阶跃恢复二极管作为核心元件的高次倍频电路.对倍频电路原理进行了分析,并对成品电路进行了测试.测试结果表明,相位噪声比理论值恶化了2dBc.使用1级阶跃倍频电路实现40次倍频,电路结构简单可靠.电路具有低附加相位噪声、低杂散、体积小等优点,可广泛应用于通信、雷达、频率合成和测量等领域.     

微波倍频器的设计与研制

针对微波倍频器的实现途径,介绍了阶跃管倍频和三极管倍频的原理,其中三端非线性电阻微波倍频器可实现有增益倍频,且倍频效率高,稳定性好,在现代通信系统中有着广泛的应用前景。应用ADS软件对倍频电路进行优化仿真,利用集总参数电容和电感对阻抗进行匹配,设计利用晶体三极管通过两次4倍频实现了L波段16倍频,最终成功研制出性能优良的L波段16倍频器,输出功率10.67 dBm,杂波抑制>75 dB,谐波抑制>60 dB,电流仅为120 mA,频谱纯净度较好,温度稳定性较高,能够有效实现倍频功能,满足微波频率源系统的使用要求。     

一种基于倍频技术的低相噪X波段频率源设计

为得到低相噪的X波段微波信号,运用微波倍频技术的原理设计了一种频率源。分别针对双极晶体管和场效应管倍频电路进行了具体分析和工程调试。最终完成的频率源实现了低相噪性能,相噪指标为-87 dBc@100 Hz,-102 dBc@1 kHz,-110 dBc@10 kHz。测试结果表明倍频电路除损失理论上的相位噪声外,基本不附加噪声。