1 中国科学院国家空间科学中心微波遥感重点实验室,北京 100190
2 南京电子器件研究所微波毫米波单片集成和模块电路重点实验室,江苏 南京 210016
3 南京中电芯谷高频器件产业技术研究院有限公司,江苏 南京 210016
基于南京电子器件研究所砷化镓工艺线,自主完成了750~1 100 GHz全频带三倍频器以及中心频率为1 030 GHz的低损耗二次谐波混频器的研制。为了提升模块的性能,将传统的场路结合的设计方法进行了扩展,引入器件的参数优化,并建立起两者互为反馈的关系,从而达到整个设计过程的闭环。研制出的单片电路厚度为3 μm,并通过梁氏引线支撑悬置于腔体结构中。测试结果表明宽带倍频器在790~1 100 GHz频率范围内输出功率为-23~-11 dBm。以上述倍频源作为射频信号对二次谐波混频器进行测试,在1 020~1 044 GHz频率范围内变频损耗优于17.5 dB,在1 030 GHz处测得的最小变频损耗为14.5 dB。
太赫兹 单片电路 谐波混频器 宽带倍频 terahertz monolithic circuit subharmonic mixer broadband frequency multiplier
1 中国科学院国家空间科学中心 微波遥感重点实验室,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
3 齐鲁工业大学(山东科学院)自动化研究所 山东省科学院超宽带与太赫兹技术培育性重点实验室,山东 济南 250013
因为太赫兹技术可以克服传统无损检测技术的局限性,具有穿透普通非金属材料等优点,可被用于分析层状材料的内部结构和内层厚度。本文首先介绍了太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)在透射模式下的工作原理,然后使用Rouard等效界面理论来描述多层结构中波的传播,推导得到透射模式下太赫兹波在三层介质中的理论传输模型。通过太赫兹时域光谱系统对制备的样品进行了透射成像。结果证明样品内部聚氯乙烯(PVC)薄片的位置和形状等信息可以被探测到,从而为探测多层材料内部结构提供理论和实验依据。
太赫兹时域光谱技术 无损检测 多层结构 缺陷识别 terahertz time domain spectroscopy nondestructive testing multilayer structure defect recognition 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(3): 366
1 中国科学院国家空间科学中心 微波遥感重点实验室,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
3 齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院自动化研究所 山东省科学院超宽带与太赫兹技术培育性重点实验室,山东 济南 250013
材料表面粗糙度会影响太赫兹无损检测结果。当材料表面粗糙度在微波区可以忽略不计时,在波长更短的太赫兹频段则需要考虑在内。研究讨论了在太赫兹频率下粗糙表面散射对反射谱的影响。通过考虑单个样品的反射模型,利用基尔霍夫近似可以将粗糙表面的反射信号与光滑表面的反射信号进行关联。此外,采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统对不同粗糙度的葡萄糖片进行了测量,并对其反射光谱进行了分析。反射光谱结果表明,由于表面粗糙度引起的漫散射减弱了接收端反射光谱的强度。为了减小粗糙度对光谱的影响,提出了一种能恢复光谱功率的补偿方法。在0.5 THz和1 THz时,具有360目粗糙度规格样品的功率谱分别增加了约3 dB和9 dB。因此,可以认为所提出的粗糙表面光谱补偿方法在未来太赫兹无损检测技术的发展中具有一个特定的参考价值。
terahertz time-domain reflection spectra scattering surface roughness 太赫兹 时域反射谱 散射 表面粗糙度 红外与激光工程
2021, 50(3): 20200209
1 中国科学院国家空间科学中心 微波遥感重点实验室,北京0090
2 中国科学院大学,北京100049
3 齐鲁工业大学(山东科学院)自动化研究所 山东省科学院超宽带与太赫兹重点实验室, 济南25001
在工业应用中,大多数情况下的复合结构介质仅有一面可以被检测,因此需要研究反射模式下检测介质内部参数的太赫兹无损检测方法.推导了反射模式下太赫兹波在三层结构介质中的传输模型,通过遗传算法共同反演估计得到中间分层的厚度,以及它的折射率,从而获得中间隐藏层的具体信息.制备了具有200 µm的隐藏分层的三层结构样品,利用太赫兹时域光谱系统对其进行了测量,将理论模型与实测数据进行对比,利用遗传算法估计得到隐藏层的厚度和折射率,将厚度估计值与测厚仪测量结果对比,误差保持在4%以内,折射率估计值与实际值相比,误差范围波动较大,平均误差为6%左右,最后对误差来源进行了分析,为多层复合材料内部缺陷、中间层材料的介电参数估计提供了理论和实验依据.研究表明该系统作为一种无损评价方法可以广泛应用于层状结构的可靠性评价.
Non-destructive Terahertz time-domain spectroscopy Genetic algorithm Multilayered structure Reflection mode 无损检测 太赫兹时域光谱 遗传算法 多层结构 反射模式
1 中国科学院微波遥感技术重点实验室,北京 100191
2 中国科学院大学国家空间科学中心,北京 100049
太赫兹波对有机分子的分子内作用力(分子内氢键等)、分子间作用力以及分子本身的振动和转动现象等具有很好的分辨能力。糖类物质属于典型的有机分子,其中葡萄糖 (C6H12O6)具有多种同分异构体且用途各不相同。本文利用太赫兹时域光谱技术,在频率为 0.1~2.0 THz的范围内,对 4种互为同分异构体的糖类进行测量,获得了固态时被测物质在理想厚度下的吸收光谱,并从分子空间结构和分子内氢键的角度对光谱中的差异做出解释;结合相关理论预测了每种溶液的吸收强度和吸收频率点位置随溶液浓度变化可能会产生的现象,获得的吸收光谱证实了预测的正确性。通过对固态糖类物质吸收光谱与其水溶液吸收光谱的研究发现,对于同种物质,其固体状态的吸收光谱和其水溶液的吸收光谱具有较强的关联。
分子内氢键 同分异构体 太赫兹时域光谱 intramolecular hydrogen bond isomer terahertz time -domain spectrum 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(1): 11
1 中国科学院微波遥感技术重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190
3 中国科学院大学, 北京 100049
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。
太赫兹 四次谐波混频器 准垂直结构 反向并联 terahertz fourth harmonic mixer quasi -vertical structure anti -parallel 太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(4): 552
1 Key Laboratory of Microwave Remote Sensing, National Space Science Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing 0090, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 School of Electronic and Information Engineering, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China
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.
太赫兹混频器 肖特基二极管 四次谐波 紧凑微带共振单元(CMRC) terahertz mixer Schottky diode fourth-harmonic compact-microstrip-resonate-cell