1 中国工程物理研究院 微系统与太赫兹研究中心,四川 成都 610200
2 中国工程物理研究院 电子工程研究所,四川 绵阳 621900
3 电子科技大学 电子科学与工程学院,四川 成都 611731
实现了一种基于“对差分”结构的高效率285 GHz三倍频器。相比于传统的基于片上旁路电容的平衡式三倍频电路,这种理念能够将电路的功率容量提高一倍。同时,这种结构的三倍频能够提供高度的幅度和相位平衡性,进而实现更好的直流馈电回路,并通过省去高工艺需求的片上电容而降低了相应的插入损耗。同样,这种电路能够通过“对差分”结构实现偶次谐波的本征抑制,从而保证了在管结数量倍增前提下的更高变频效率。测试结果表明该三倍频器能够在140~210 mW的驱动功率条件下提供12%的最高效率。
平衡式 三倍频器 太赫兹 功率容量 肖特基二极管 balanced frequency tripler THz power handling Schottky diode
江苏大学 电气信息工程学院, 江苏 镇江 212013
针对传统三倍频器输出功率和匹配性能差的问题, 基于TSMC 0.18 μm CMOS工艺, 提出一种用滤波器作为匹配电路的三倍频器。该三倍频器输出匹配性能好、功率损耗小, 提高了三次谐波的输出功率。对晶体管静态特性进行分析, 进一步提升输出功率。流片后的实测结果表明, 在31.5~36 GHz输出频率范围内, 输入功率为0 dBm时, 最大输出功率为-6.2 dBm, 基波抑制比大于12.35 dBc, 二次谐波抑制比大于8.2 dBc。三倍频器的电源电压为1.8 V, 直流功耗为36.9 mW。核心电路面积为0.35 mm2。
倍频器 三倍频器 巴伦 frequency multiplier tripler Balun CMOS CMOS
1 西安交通大学 信息与通信工程学院,陕西 西安 710049
2 中国电子科技集团 第十三研究所,河北 石家庄 050051
提出了一种基于片上集成电容工艺和带阻滤波结构的高功率三倍频器设计方法。在倍频器输入端,首先对倍频器二极管的直流偏置馈电部分进行改进,在梁式引线结构基础上结合二氧化硅(SiO2)工艺实现了片上集成电容,同时解决了三倍频器的直流馈电和射频接地问题,实现电路功能集成的同时也提高了模型仿真精度。此外,在二极管的输入端采用带阻滤波器结构替代传统的低通滤波结构,在保证倍频器性能的同时进一步简化倍频器结构复杂度和尺寸。为进行验证,设计并加工测试了两款中心频率分别为110 GHz和220 GHz的双路功率合成三倍频器。实际测试结果表明,在输入功率500 mW条件下,110 GHz三倍频器的输出峰值功率达到了140 mW,峰值效率接近30%,带宽超过15 GHz;在输入功率300 mW条件下,220 GHz三倍频器的输出峰值功率达到了45 mW,峰值效率达到15%,带宽为15 GHz。两款倍频的测试结果均有优秀表现,验证了设计方法的有效性。
倍频器 片上集成电容 带阻滤波器 波导匹配网络 tripler on-chip integrated capacitors bandstop filter waveguide matching network
1 中国工程物理研究院微系统与太赫兹研究中心, 四川 成都 610200
2 中国工程物理研究院电子工程研究所, 四川 绵阳 621900
介绍了基于反向平衡式二极管和石英基片完成, 而非集成电路的0.68 THz和1.00 THz频段平衡式三倍频.此项工作提高了二极管等效电路模型, 该二极管模型不仅包括I/V和C/V, 同时还加入了等离子体共振和趋肤效应, 将薄膜电路减薄至15 μm, 机械加工精度提高至3 μm内, 使工作频率提高至1.2 THz.通过场路协同仿真, 利用高精度太赫兹装配工艺, 最终实现工作频率为0.68 THz和倍频效率为1 %的三倍频器, 工作频率为1.00 THz和倍频效率为0.6 %的三倍频器, 输出相对带宽均大于10 %.
太赫兹 平衡式三倍频 肖特基二极管 反向平衡二极管 石英基片 terahertz balance tripler Schottky diode LEC model LEC模型 antiparallel diodes quartz glass 红外与毫米波学报
2019, 38(2): 02154
1 中国工程物理研究院 电子工程研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 微系统与太赫兹研究中心, 成都 610200
设计了基于容性肖特基二极管的220 GHz非平衡三倍频器。首先对容性肖特基二极管进行测试和关键参数提取,建立了肖特基二极管的等效电路模型,以此为基础进行三倍频电路设计;在倍频电路设计中通过引入紧凑悬置微带谐振单元(CSMRC)滤波结构来减小信号传输损耗;由于三倍频电路设计中难以实现全波阻抗匹配,因此采用了整体电路结构谐波平衡调匹配方法设计倍频电路,最后对制备出的倍频器进行测试和分析;实验测试结果表明:倍频器在213.1~221.6 GHz范围内输出功率大于10 mW,倍频效率大于5%,最高输出功率为18.7 mW@218.6 GHz,最高倍频效率为8.24%@217.9 GHz。
肖特基二极管 三倍频器 紧凑悬置微带谐振单元 太赫兹 阻抗匹配 Schottky diode tripler compact suspended microstrip resonator cell terahertz impedance matching 强激光与粒子束
2018, 30(9): 093101
1 东南大学 毫米波国家重点实验室,江苏 南京 210096
2 上海航天电子技术研究所,上海 201109
给出了覆盖WR-3波导全频段的基于石英基片的高效率全频段平衡式三次倍频器的设计方法.采用紧凑悬置微带谐振器(Compact Suspended Microstrip Resonator Cell (CSMRC))作为倍频器的输入端滤波及匹配电路,不但提高了带外抑制,还有效地降低了电路尺寸和所需的腔体宽度.倍频器电路包括两个波导/悬置微带转换电路,一个反向并联二极管对、一个SCMRC和两段匹配传输线构成.通过仿真和测试结果的比对可以看出,设计及仿真方法是准确有效的.在225~330 GHz范围内,两套样品的测试输出功率为45~95 μW,平均功率约为60 μW.倍频器的最佳倍频效率对应的输入功率约为+5 dBm,全频段范围内倍频效率为1.5%~3%.
太赫兹 紧凑悬置微带谐振器 肖特基二极管 三次倍频器 THz CSMRC Schottky diode frequency tripler
大连理工大学 精密与特种加工教育部重点实验室, 辽宁 大连 116021
为了揭示磷酸二氢钾(KDP)晶体三倍频晶面微观弹塑性力学行为及加工性能, 开展了纳米压痕研究。建立了KDP晶体三倍频晶面各向异性力学模型, 基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法对纳米压痕进行了数值仿真并完成了纳米压痕测试实验。实验结果表明: 实验与仿真计算的载荷-压入深度关系曲线的相关系数为0.996 328, 吻合度较高, 验证了力学模型的正确性, 得出KDP晶体三倍频晶面的屈服强度为240 MPa。数值仿真结果显示: 由于材料的各向异性, 工件内部应力呈不规则圆弧状分布; 载荷大小与等效应力影响深度呈近似线性递增关系; 材料表面等效塑性应变分布形状与压头投影面几何形状相类似, 存在复映效果。当载荷小于2 mN时, 各压头的残余应力深度差异性较小(小于0.2 μm); 随着载荷逐渐增大, 这种差异不断扩大。得到的结果为实现KDP晶体三倍频晶面的高效低损伤加工提供了理论支撑。
磷酸二氢钾晶体 三倍频晶面 纳米压痕 光滑粒子流体动力学 数值仿真 potassium dihydrogen phosphate(KDP) crystal tripler plane nano-indentation Smoothed Particle Hydrodynamics(SPH) numerical simulation
1 中国科学院空间科学与应用研究中心 微波遥感重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100190
3 南京电子器件研究所 微波毫米波模块电路事业部,江苏 南京 210016
结合国内现有的加工工艺水平, 提出自偏置条件下的反向并联二极管对电路结构.不但解决了三倍频器偏置电路加工的难题, 而且可以有效实现奇次倍频.同时, 利用HFSS和ADS软件, 以场路结合的方式准确模拟三倍频器的电特性, 考虑到寄生参数引入的影响.设计完成以后, 器件加工以及电装过程均在国内完成.测试结果表明在221GHz处, 有最大输出功率3.1mW, 在219~227GHz频率范围内输出功率均大于2mW.以上研究为今后设计高效率亚毫米波倍频器提供重要的参考价值.
三倍频器 变容二极管 自偏置 阻抗匹配 tripler varactor diode self-bias impedance matching