北京理工大学 毫米波与太赫兹技术北京市重点实验室，北京 100081
设计了D波段直接检波式辐射计前端，主要包括D波段检波器模块、D波段低噪声放大器模块和D波段标准增益喇叭天线.基于商用零偏二极管HSCH-9161研制出D波段检波器，测试结果显示在D波段内，最高灵敏度接近1 600 mV/mW，当频率小于140 GHz时，灵敏度大于400 mV/mW，在大于140 GHz频段内，灵敏度优于120 mV/mW.基于自研D波段低噪声放大器芯片研制出D波段低噪放模块，测试结果显示最大增益为10.8 dB@139 GHz，在137~144 GHz频率范围内，增益大于7.8 dB，输入端回波损耗优于5 dB，输出端回波损耗优于8.5 dB.最终搭建D波段直接检波式辐射计前端进行成像实验验证.
D波段 辐射计前端 低噪声放大器 检波器 D-band radiometer front-end low noise amplifier （LNA） detector
1 北京理工大学 信息与电子学院，北京 100081
2 河北半导体研究所，河北 石家庄 050051
提出了一种工作在110 GHz 的耦合腔垂直传输结构。在垂直金属腔的两端对称地装配两个模式变换单元，作为波导的两个激励端口。模式变换单元在50 μm 厚度石英基片上实现，该基片采用通孔结构和双面镀金工艺。因此，该垂直传输结构在太赫兹频段具有较低的插入损耗。仿真结果与测试结果拟合良好，模式变换单元的 S21 仿真结果为-0.7 dB，测试结果小于-1.3 dB，在105~116 GHz 带宽的反射系数低于-10 dB。
太赫兹垂直传输 石英 耦合腔 terahertz vertical transition quartz coupling cavity 红外与激光工程
2020, 49(6): 20190566
1 School of Information and Electronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 0008, China
2 Hebei Semiconductor Research Institute, Shijiazhuang 050051,China
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.
单片太赫兹集成电路技术 氮化镓高电子迁移率晶体管 有源集成天线 辐射方向图 TMIC technology GaN HEMT active integrated antenna radiation pattern
1 北京理工大学 信息与电子学院,北京 100081
2 查尔姆斯理工大学 微技术和纳米科学系, 瑞典 哥德堡 41296
展示了一种基于新型自组装微带-波导过渡的D波段(110~170 GHz)发射机模块.过渡结构的仿真平均插入损耗为0.6 dB, 回波损耗于带内基本优于10 dB.基于该过渡结构以及阻性混频器和倍频器芯片, 设计了一种D波段发射机模块.该发射机模块工作于110~153 GHz, 峰值输出功率于150 GHz可达-4.6 dBm, 3 dB带宽为145.8~159.3 GHz.使用该模块进行了64-QAM高阶无线通信测试, 测试传输速率为3 Gb/s, 验证了模块封装方案的实用性.
发射机模块 波导过渡 低成本封装 D波段 transmitter module waveguide transition low-cost packaging D-band
北京理工大学 毫米波与太赫兹技术北京市重点实验室, 北京 100081
利用90 nm InAlAs/InGaAs/InP HEMT工艺设计实现了两款D波段(110~170 GHz)单片微波集成电路放大器.两款放大器均采用共源结构, 布线选取微带线.基于器件A设计的三级放大器A在片测试结果表明: 最大小信号增益为11.2 dB@140 GHz, 3 dB带宽为16 GHz, 芯片面积2.6 mm×1.2 mm.基于器件B设计的两级放大器B在片测试结果表明: 最大小信号增益为15.8 dB@139 GHz, 3 dB带宽12 GHz, 在130~150 GHz频带范围内增益大于10 dB, 芯片面积1.7 mm×0.8 mm, 带内最小噪声为4.4 dB、相关增益15 dB@141 GHz, 平均噪声系数约为5.2 dB.放大器B具有高的单级增益、相对高的增益面积比以及较好的噪声系数.该放大器芯片的设计实现对于构建D波段接收前端具有借鉴意义.
放大器 InAlAs/InGaAs/InP InAlAs/InGaAs/InP PHEMTs 赝高电子迁移率晶体管(PHEMTs) 90 nm 90-nm MMIC 单片微波集成电路(MMIC) amplifiers D-band D波段 红外与毫米波学报
2019, 38(2): 02144
1 北京理工大学 信息与电子学院 毫米波太赫兹北京市重点实验室, 北京 100081
2 航天长征火箭技术有限公司,北京 100094
设计了一款太赫兹准光探测器, 该探测器主要由砷化镓肖特基二极管芯片以及高阻硅透镜组成.为了减小所设计芯片的欧姆损耗, 将天线图案生长在了半绝缘砷化镓层上.在335~350 GHz频率范围内, 准光探测器的实测电压响应率为1360~1650 V/W, 双边带变频损耗为10.6~12.5 dB.对应估算的等效噪声功率为165~2 pW/Hz1/2.基于所设计的准光探测器进行了成像实验, 该实验分别在直接检波和外差探测两种模式间进行, 成像结果表明所设计的太赫兹准光探测器能够满足太赫兹成像方面应用.
太赫兹准光探测器 直接检波 外差探测 太赫兹成像 terahertz quasi-optical detector direct detection heterodyne detection terahertz imaging
北京理工大学 毫米波与太赫兹技术北京市重点实验室, 北京 100081
利用改进的小信号模型对采用100 nm InAlAs/InGaAs/InP工艺设计实现的PHEMTs器件进行建模, 并设计实现了一款W波段单片低噪声放大器进行信号模型的验证。为了进一步改善信号模型低频S参数拟合差的精度, 该小信号模型考虑了栅源和栅漏二极管微分电阻, 在等效电路拓扑中分别用Rfs和Rfd表示.为了验证模型的可行性, 基于该信号模型研制了W波段低噪声放大器单片.在片测试结果表明：最大小信号增益为14.4 dB@92.5 GHz, 3 dB 带宽为25GHz@85-110 GHz.而且, 该放大器也表现出了良好的噪声特性, 在88 GHz处噪声系数为4.1 dB, 相关增益为13.8 dB.与同频段其他芯片相比, 该放大器单片具有宽3 dB带宽和高的单级增益.
赝高电子迁移率晶体管(PHEMTs) 小信号模型 毫米波和亚毫米波 单片微波集成电路(MMIC) 低噪声放大器 InAlAs/InGaAs/InP InAlAs/InGaAs/InP pseudomorplic high electronic mobility transistor small-signal model millimeter and submillimeter monolithic millimeter-wave integrated circuit (MM low noise amplifier (LNA)
1 北京理工大学 毫米波与太赫兹技术北京市重点实验室,北京 100081
2 中国计量科学研究院,北京 100029
3 河北半导体研究所,河北 石家庄 050051
研制了一种T型栅长为90 nm的InP基In0.52Al0.48As/In0.65Ga0.35As赝配高电子迁移率晶体管(PHEMTs).该器件的总栅宽为2×25 μm,展现了极好的DC直流和RF射频特性,其最大饱和电流密度和最大有效跨导分别为894 mA/mm和1640 mS/mm.采用LRM+ (Line-Reflect-Reflect -Match)校准方法实现系统在1~110 GHz全频段内一次性校准,减小了传统的分段测试多次校准带来的误差, 且测试数据的连续性较好.在国内完成了器件的1~110 GHz全频段在片测试,基于1~110 GHz在片测试的S参数外推获得的截止频率ft和最大振荡频率fmax分别为252 GHz和394 GHz.与传统的测试到40 GHz外推相比,本文外推获得的fmax更加准确.这些结果的获得是由于栅长的缩短,寄生效应的减小以及1~110 GHz全频段在片测试的实现.器件的欧姆接触电阻率减小为0.035 Ω·mm.
磷化铟 赝配高电子迁移率晶体管 在片测试 单片集成电路 InP PHEMTs InAlAs/InGaAs InAlAs/InGaAs on-wafer measurement monolithic microwave integrated circuits (MMICs)
