1THz单片集成谐波混频器研究
发布时间：2021-10-22 03:23
太赫兹波得益于自身的独特性,在众多领域与交叉学科当中发挥着巨大潜力,相关技术成为当下最受关注的前沿热点之一。当下随着电子与通信科学的高速发展,工作在太赫兹较低频段的各类器件与系统研究日渐完善,由于理论、技术与工艺等各个方面的限制,在太赫兹较高频段的领域还存在空缺。近几年国内外开始逐渐把关注点放在了太赫兹的较高频领域,但是很多方面的研究还处于尝试阶段。无论工作在何种频段的电路器件或是系统,频谱变换与搬移都是非常重要的一环,这样的功能通过混频器设计实现。混频技术在低波段已经较为成熟,而在太赫兹较高频段为满足变频需求,研究1THz频段的混频器颇具意义。本文基于基本的混频原理,对1THz单片集成谐波混频器展开研究,结合现有国内可行的加工水平,对器件进行仿真与研制,分别设计出满足指标的四次谐波混频器与八次谐波混频器。采用较新的半导体电路工艺,整体电路基于极薄工艺制造的砷化镓基片,采用单片集成的结构。太赫兹混频器采用谐波混频的方式,对于四次谐波混频器与八次谐波混频器而言,本振频率分别为射频频率的四分之一与八分之一附近,有效降低对本振源的需求。通过电磁软件的联合仿真研究,构建并分析新型肖特基二极管模...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁波频谱中太赫兹波段所处位置
电子科技大学硕士学位论文4数十年以来国内外对于太赫兹谐波混频器的研究从未间断，在时代的推进下，其发展趋势也在不断地变化。太赫兹混频器按照所使用的二极管类型进行划分，从使用传统型号的肖特基二极管，到研制出能够适用在更高频率、更高效的新型二极管；按照基片材料进行划分，从使用较廉价的5880软基片，石英材料再到稳定的砷化镓材料；按照装配技术进行划分，从传统人工倒贴式装配二极管的方式到单片集成技术；按照谐波混频种类进行划分，从分谐波、较低次谐波混频器再到更高次谐波混频器；按照传输线类型进行划分，从使用传统微带线、悬置微带线再到使用新型传输结构等。无论何时进行着怎样的改变，太赫兹混频器都始终向着更高工作频段、更高效结构、更优秀性能的方向迈进。以下内容对国内外时间上距今较近、在太赫兹较高频较具有突破性的谐波混频器发展动态分别进行报导。(1)近年国外动态报导国外部分顶尖研究单位对太赫兹器件投入了大量的研究，例如以美国VDI公司为代表，长期处于世界的较先进水平。最近十年内，VDI公司一直对高次谐波混频器进行着研究与报导，在1THz以上的研究取得了一系列突破性的进展。2013年，美国VDI公司BerhanuT.Bulcha等人和佛吉尼亚大学合作研究提出一种工作在1.9THz~2.8THz高次谐波混频器[7]，核心器件采用VDI自主研发的砷化镓外延层肖特基二极管，如图1-11(a)与(b)所示分别为九次谐波混频器与三次谐波混频器电路的结构。电路各个部分采用微带线集成在八微米厚的石英基片上，通过对角喇叭天线馈入频率在2THz附近的射频信号，当其中频带宽为1MHz时，实现了九次谐波混频的变频损耗为63dB，三次谐波混频的变频损耗为45dB。图1-21.9-2.8THz混频器。(a)九次谐波混频；(b)三次谐波混频
第一章绪论52016年，VDI公司的BerhanuT.Bulcha，JeffreyL.Hesler等人研究了一种能够工作在1.8THz~3.2THz频段的混频器[8]，同时也是对于宽带WM-86(WR-0.34)型谐波混频器的首次提出，包括三次谐波与四次谐波混频类型。该混频器的指标性能，较之前提出的1.9THz~2.8THz高次谐波混频器而言更为优秀，混频器的射频频率达到3.2THz，三次谐波混频的变频损耗为27dB，四次谐波混频的变频损耗为30dB。其中频和本振的电路，采用了厚度为20微米的石英材质基片，由于肖特基二极管对无法集成到石英材料的基片上，选择将肖特基二极管部分集成在厚度为3微米、材料为砷化镓的薄基片，采用砷化镓悬置微带的方式使得工作带宽增大，同时变频损耗减小，其结构如图1-3所示。图1-3砷化镓基片悬置微带结构平面肖特基二极管集成在太赫兹主体电路上，其具有较低的谐波因子，并且能够在1.8THz~3.2THz的超宽射频频率范围内，进行较为稳定有效的工作。宽带WM-86(WR-0.34)型的谐波混频器结构如图1-4所示。图1-41.8-3.2THz的WM-86谐波混频结构
本文编号：3450285
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁波频谱中太赫兹波段所处位置
电子科技大学硕士学位论文4数十年以来国内外对于太赫兹谐波混频器的研究从未间断，在时代的推进下，其发展趋势也在不断地变化。太赫兹混频器按照所使用的二极管类型进行划分，从使用传统型号的肖特基二极管，到研制出能够适用在更高频率、更高效的新型二极管；按照基片材料进行划分，从使用较廉价的5880软基片，石英材料再到稳定的砷化镓材料；按照装配技术进行划分，从传统人工倒贴式装配二极管的方式到单片集成技术；按照谐波混频种类进行划分，从分谐波、较低次谐波混频器再到更高次谐波混频器；按照传输线类型进行划分，从使用传统微带线、悬置微带线再到使用新型传输结构等。无论何时进行着怎样的改变，太赫兹混频器都始终向着更高工作频段、更高效结构、更优秀性能的方向迈进。以下内容对国内外时间上距今较近、在太赫兹较高频较具有突破性的谐波混频器发展动态分别进行报导。(1)近年国外动态报导国外部分顶尖研究单位对太赫兹器件投入了大量的研究，例如以美国VDI公司为代表，长期处于世界的较先进水平。最近十年内，VDI公司一直对高次谐波混频器进行着研究与报导，在1THz以上的研究取得了一系列突破性的进展。2013年，美国VDI公司BerhanuT.Bulcha等人和佛吉尼亚大学合作研究提出一种工作在1.9THz~2.8THz高次谐波混频器[7]，核心器件采用VDI自主研发的砷化镓外延层肖特基二极管，如图1-11(a)与(b)所示分别为九次谐波混频器与三次谐波混频器电路的结构。电路各个部分采用微带线集成在八微米厚的石英基片上，通过对角喇叭天线馈入频率在2THz附近的射频信号，当其中频带宽为1MHz时，实现了九次谐波混频的变频损耗为63dB，三次谐波混频的变频损耗为45dB。图1-21.9-2.8THz混频器。(a)九次谐波混频；(b)三次谐波混频
第一章绪论52016年，VDI公司的BerhanuT.Bulcha，JeffreyL.Hesler等人研究了一种能够工作在1.8THz~3.2THz频段的混频器[8]，同时也是对于宽带WM-86(WR-0.34)型谐波混频器的首次提出，包括三次谐波与四次谐波混频类型。该混频器的指标性能，较之前提出的1.9THz~2.8THz高次谐波混频器而言更为优秀，混频器的射频频率达到3.2THz，三次谐波混频的变频损耗为27dB，四次谐波混频的变频损耗为30dB。其中频和本振的电路，采用了厚度为20微米的石英材质基片，由于肖特基二极管对无法集成到石英材料的基片上，选择将肖特基二极管部分集成在厚度为3微米、材料为砷化镓的薄基片，采用砷化镓悬置微带的方式使得工作带宽增大，同时变频损耗减小，其结构如图1-3所示。图1-3砷化镓基片悬置微带结构平面肖特基二极管集成在太赫兹主体电路上，其具有较低的谐波因子，并且能够在1.8THz~3.2THz的超宽射频频率范围内，进行较为稳定有效的工作。宽带WM-86(WR-0.34)型的谐波混频器结构如图1-4所示。图1-41.8-3.2THz的WM-86谐波混频结构
本文编号：3450285
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