1 中国电子科技集团公司第十三研究所, 河北石家庄 050051
2 固态微波器件与电路全国重点实验室, 河北石家庄 050051
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。
倍频器 太赫兹 肖特基二极管 结电容 单片 frequency doubler tearhertz Schottky barrier diode junction capacitance Microwave Monolithic Integrated Circuit 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(9): 1080
1 中国电子科技集团公司第十三研究所，河北 石家庄 050051
2 专用集成电路国家级重点实验室，河北 石家庄 050051
基于最新研制的小阳极结反向并联肖特基二极管芯片，设计和制造了320~360 GHz固定调谐分谐波混频器。混频器的结构采用的是传统电场（E）面腔体剖分式结构：将二极管芯片倒装焊粘在石英基片上，再用导电银胶将石英电路悬置粘结在混频器下半个腔体上。电路设计采用场路相结合的方法：用场仿真软件建立混频电路各个功能单元的S参数模型，将它们代入非线性电路仿真软件中与二极管结相结合进行混频器性能整体仿真优化。最终测试结果表明，谐波混频器的双边带在4~6 mW的本振功率驱动下，在320~360 GHz超过12%带宽范围内，双边带变频损耗均小于9 dB；混频器在310~340 GHz频带范围内，双边带噪声温度最低为780 K。声温度最低为780 K。
固定调谐 谐波混频器 反向并联 变频损耗 fixed-tuned sub-harmonic mixer anti-parallel conversion loss 红外与激光工程
2022, 51(12): 20220168
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 中国电子科技集团公司 第十三研究所，河北 石家庄 050051
2 专用集成电路重点实验室，河北 石家庄 050051
基于六阳极结反向串联型砷化镓平面肖特基容性二极管，采用平衡式二倍频器结构，成功研制出一种大功率150?GHz二倍频器。使用三维电磁场与非线性谐波平衡联合仿真方法，提高了仿真结果和实际的吻合度，并根据设计结果完成倍频器的加工、装配和测试。倍频器在输出频率为146~158?GHz下的倍频效率达到7%以上；在输出频率为154?GHz时，倍频效率达到12%，输出功率达到71?mW。
太赫兹 二倍频 肖特基二极管 大功率 Terahertz frequency doubler Schottky varactors high power 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(2): 171
1 中国电子科技集团公司第十三研究所, 河北 石家庄 050051
2 专用集成电路国家级重点实验室, 河北 石家庄 050051
通过单片集成的方法,将工作于太赫兹频段(430 GHz)的三倍频器的各个功能电路集成在厚度为12 μm的砷化镓薄膜单片上,设计、制造太赫兹三倍频集成电路单片。单片结构采用一对反向并联连接的肖特基二极管,构成串联平衡式电路,电路不需要外加偏置电压。平衡式电路只产生奇数次谐波,简化了电路分析和优化过程。电路设计采用三维电磁仿真软件与谐波非线性仿真软件联合仿真场路的方法,准确模拟单片电路的射频特性。将单片电路安装在中间剖开的波导腔体内制成三倍频器进行测试,在430 GHz处测得输出功率为215.7 μW,效率为4.3%。
太赫兹技术 三倍频 反向并联 单片集成 肖特基势垒二极管
1 中国电子科技集团公司第十三研究所,河北 石家庄 050051
2 专用集成电路重点实验室,河北 石家庄 050051
基于反向串联型砷化镓平面肖特基容性二极管,采用平衡式二倍频结构,研制出了一种190 GHz大功率输出二倍频器。使用三维电磁场与非线性谐波平衡联合的方法进行了仿真,并根据仿真结果完成了倍频器的加工、装配和测试。倍频器在182~196 GHz输出频率范围内的倍频效率可达8%以上;当输出频率为187 GHz时,倍频效率和输出功率可分别达到15.4%和85 mW。
太赫兹 二倍频 肖特基二极管 大功率
1 专用集成电路国家级重点实验室, 河北 石家庄 050051
2 中国电子科技集团公司第十三研究所, 河北 石家庄 050051
根据反向并联二极管的外围结构和材料构成, 以四端口S参数包的形式建立了二极管结外围无源结构的三维电磁模型, 与非线性仿真软件中的肖特基结模型结合起来建立太赫兹二极管对的完整模型, 这样的处理方法提高了计算机仿真的准确性。分谐波混频电路制作在12 ?滋m厚度的砷化镓基片上, 单片电路悬置安装在本振和射频中间剖开的减高波导腔体内。在本振5 mW功率注入时混频单片在330 GHz的频带范围内最小插损为10 dB。因为单片集成电路以四个梁式引线与波导外壁柔性连接, 一端固定在波导壁上, 混频单片电路能够释放腔体随温度变化而产生的机械应力。
反向并联 单片集成 谐波混频器 anti-parallel monolithically integrated sub-harmonic mixer 红外与激光工程
2019, 48(2): 0225001
1 专用集成电路重点实验室, 河北 石家庄 050051
2 中国电子科技集团公司第十三研究所, 河北 石家庄 050051
基于中国电子科技集团公司第十三研究所的反向并联肖特基二极管, 采用电磁场和电路软件联合仿真, 完成了0.22 THz分谐波混频电路设计。在固定中频输出频率10 MHz的条件下测试了混频电路的变频损耗, 在175~235 GHz 共60 GHz带宽内双边带变频损耗小于15 dB, 在196 GHz处最佳变频损耗为8.5 dB。测试结果与仿真结果趋势吻合良好。基于冷热负载, 测试了分谐波混频电路的噪声温度, 当本振功率为5.7 mW时, 在216 GHz处双边带噪声温度为1 200 K。
太赫兹 混频 肖特基二极管 模型 terahertz mixing Schottky diode model 红外与激光工程
2017, 46(11): 1125003
1 专用集成电路国家级重点实验室, 河北 石家庄 050051
2 中国电子科技集团公司第十三研究所, 河北 石家庄 050051
研究了一种基于石英基片的0.1 THz频段的鳍线单平衡混频电路, 混频电路的射频和本振信号分别从WR10标准波导端口通过波导单面鳍线微带过渡和波导微带探针过渡输入, 中频信号通过本振中频双工器输出。这是一种新型的混频电路形式, 与传统的W波段混频器相比, 混频电路可以省略一个复杂的W波段滤波器, 具有电路设计简单、安装方便的特点。该电路使用两只肖特基二极管通过倒装焊工艺粘结在厚度为75 μm的石英基片上, 石英基片相对传统基板, 可以极大提高电路加工精度。在固定50 MHz中频信号时, 射频90~110 GHz范围内, 0.1 THz混频器单边带变频损耗小于9 dB。
单平衡 混频电路 石英基片 0.1 THz 0.1 THz single-balanced mixer circuit quartz substrate 红外与激光工程
2017, 46(4): 0420004
1 电子科技大学 电子工程学院,四川 成都 611731
2 中国电子科技集团第十三研究所 集成电路国家重点实验室, 河北 石家庄 050000
在太赫兹频段, 二极管尺寸与波长相比已不能忽略, 二极管的封装会引入很大的寄生参量, 因此需建立二极管三维模型提取寄生参数.同时人工装配难度增大, 会增加电路不确定性.采用12 μm砷化镓单片集成悬置微带线结构, 基于电子科技大学与中国电子科技集团第十三研究所自主联合设计的肖特基二极管研制330 GHz砷化镓单片集成分谐波混频器.实测结果显示在5 mW本振功率的驱动下, 在328 GHz可得到最小变频损耗10.4 dB, 在320~340 GHz范围内, 单边带变频损耗小于14.7 dB.
太赫兹 单片集成分谐波混频器 肖特基二极管 砷化镓 变频损耗 terahertz monolithic integrated sub-harmonic mixer Schottky diode GaAs conversion loss
