220GHz多电路集成技术
发布时间：2022-02-13 13:09
随着近年来半导体技术和高精密微机械加工技术的迅猛发展,以及国家对电子产业的大力投入,太赫兹固态电路技术已经逐渐从实验室阶段走向实际应用阶段,单功能电路已经不能满足实际应用系统对体积、重量、功耗的诸多要求,尤其在航空航天等应用领域,对此的限制更是严苛。多电路集成将是未来太赫兹固态电路发展的必然趋势,针对此技术的研究对太赫兹固态系统走向小型化、芯片化、实用化具有着重要深远的意义。本文围绕太赫兹多电路集成技术展开,以高速通信小型化接收机的实现为牵引,对构成太赫兹接收机射频前端的两种有源电路（分谐波混频器和三倍频器）和两种无源电路（分支波导定向耦合器和伪椭圆波导带通滤波器）开展了深入研究,提出了一种新型220GHz多电路集成架构,实现了电路理论和性能的双重突破,基于此电路搭建了太赫兹小型化射频前端,并成功完成了20GHz超宽带实时信号盲检测和12.8Gbps高速通信数据传输实验。本文主要内容包括以下三个方面:（1）太赫兹接收机关键电路技术。接收机的关键电路主要指的是分谐波混频器电路及其本振驱动源电路（倍频器）。分谐波混频器在射频前端系统中实现频率变换的功能,非线性电路的特性使得该电路会直接影响...
【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】：166 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
太赫兹频段示意图
电子科技大学博士学位论文42017年，英国卢瑟福·阿普尔顿实验室（RutherfordAppletonLaboratory,RAL）的HairuiLiu等研制了180GHz高效率太赫兹倍频器[32]。该倍频器基于砷化镓（GalliumArsenide,GaAs）肖特基二极管，其电路和测试结果如图1-3所示。测试结果显示，倍频器的峰值效率为34%，相对带宽为11%。当输出频率为180GHz，驱动功率为500mW时，该倍频器的输出功率可达109mW。同时，该团队还测试了两路倍频器功率合成后的输出功率和效率，受驱动源性能的限制，仅测试了驱动功率为500mW时，输出功率为105mW。因此，当驱动功率进一步提高后，该功率合成电路可产生更高的输出功率。(a)(b)图1-3英国RAL实验室180GHz高效率二倍频器。（a）实物照片；（b）测试结果2019年，电子科技大学张波等研制了一种新型无衬底高承载功率220GHz三倍频器[30]，其电路和测试结果如图1-4所示。该倍频器基于氮化镓（GalliumNitride,GaN）肖特基二极管，二极管直接架接在鳍线过渡结构上，无需基片衬底，在高驱动功率时，可有效进行散热，防止二极管芯片融毁。测试结果显示，当工作频率为220GHz时，该三倍频器的承载功率可达1100mW，当驱动功率为900mW时为最佳工作状态，输出功率可达17.5mW。(a)(b)图1-4电子科技大学无衬底高承载功率220GHz三倍频器。（a）电路结构；（b）测试结果
电子科技大学博士学位论文42017年，英国卢瑟福·阿普尔顿实验室（RutherfordAppletonLaboratory,RAL）的HairuiLiu等研制了180GHz高效率太赫兹倍频器[32]。该倍频器基于砷化镓（GalliumArsenide,GaAs）肖特基二极管，其电路和测试结果如图1-3所示。测试结果显示，倍频器的峰值效率为34%，相对带宽为11%。当输出频率为180GHz，驱动功率为500mW时，该倍频器的输出功率可达109mW。同时，该团队还测试了两路倍频器功率合成后的输出功率和效率，受驱动源性能的限制，仅测试了驱动功率为500mW时，输出功率为105mW。因此，当驱动功率进一步提高后，该功率合成电路可产生更高的输出功率。(a)(b)图1-3英国RAL实验室180GHz高效率二倍频器。（a）实物照片；（b）测试结果2019年，电子科技大学张波等研制了一种新型无衬底高承载功率220GHz三倍频器[30]，其电路和测试结果如图1-4所示。该倍频器基于氮化镓（GalliumNitride,GaN）肖特基二极管，二极管直接架接在鳍线过渡结构上，无需基片衬底，在高驱动功率时，可有效进行散热，防止二极管芯片融毁。测试结果显示，当工作频率为220GHz时，该三倍频器的承载功率可达1100mW，当驱动功率为900mW时为最佳工作状态，输出功率可达17.5mW。(a)(b)图1-4电子科技大学无衬底高承载功率220GHz三倍频器。（a）电路结构；（b）测试结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型太赫兹分支波导定向耦合器设计[J]. 师娅楠,张斌珍,段俊萍,王颖. 固体电子学研究与进展. 2019(05)
[2]GaAs肖特基二极管的250 GHz二次谐波混频器研究[J]. 胡海帆,赵自然,马旭明,姜寿禄. 红外与激光工程. 2019(07)
[3]单片集成430 GHz三倍频器的设计及测试[J]. 杨大宝,邢东,梁士雄,张立森,徐鹏,冯志红. 中国激光. 2019(06)
[4]A Survey on Terahertz Communications[J]. Zhi Chen,Xinying Ma,Bo Zhang,Yaxin Zhang,Zhongqian Niu,Ningyuan Kuang,Wenjie Chen,Lingxiang Li,Shaoqian Li. 中国通信. 2019(02)
[5]220 GHz InP DHBT单片集成功率放大器[J]. 孙岩,程伟,陆海燕,王元,王宇轩,孔月婵,陈堂胜. 固体电子学研究与进展. 2018(05)
[6]太赫兹波通信技术研究进展[J]. 杨鸿儒,李宏光. 应用光学. 2018(01)
[7]砷化镓材料[J]. 王建利,牛沈军,兰天平,周春峰,孙强. 科技创新导报. 2010(32)
[8]太赫兹科学技术及其应用的新发展[J]. 刘盛纲,钟任斌. 电子科技大学学报. 2009(05)
[9]太赫兹辐射的研究及应用[J]. 马晓菁,代斌,葛敏. 化工时刊. 2006(12)
[10]太赫兹科学技术的新发展[J]. 刘盛纲. 中国基础科学. 2006(01)
硕士论文
[1]W波段准椭圆波导带通滤波器研究[D]. 肖红.中北大学 2019
[2]基于基片集成技术的交叉耦合腔体滤波器的延伸研究[D]. 邹玉鹏.南京航空航天大学 2015
[3]模式匹配法分析复杂波导的不连续性[D]. 贾瑶.西安电子科技大学 2010
[4]脊波导定向耦合器的设计与研究[D]. 蒋平英.电子科技大学 2007
本文编号：3623251
【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】：166 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
太赫兹频段示意图
电子科技大学博士学位论文42017年，英国卢瑟福·阿普尔顿实验室（RutherfordAppletonLaboratory,RAL）的HairuiLiu等研制了180GHz高效率太赫兹倍频器[32]。该倍频器基于砷化镓（GalliumArsenide,GaAs）肖特基二极管，其电路和测试结果如图1-3所示。测试结果显示，倍频器的峰值效率为34%，相对带宽为11%。当输出频率为180GHz，驱动功率为500mW时，该倍频器的输出功率可达109mW。同时，该团队还测试了两路倍频器功率合成后的输出功率和效率，受驱动源性能的限制，仅测试了驱动功率为500mW时，输出功率为105mW。因此，当驱动功率进一步提高后，该功率合成电路可产生更高的输出功率。(a)(b)图1-3英国RAL实验室180GHz高效率二倍频器。（a）实物照片；（b）测试结果2019年，电子科技大学张波等研制了一种新型无衬底高承载功率220GHz三倍频器[30]，其电路和测试结果如图1-4所示。该倍频器基于氮化镓（GalliumNitride,GaN）肖特基二极管，二极管直接架接在鳍线过渡结构上，无需基片衬底，在高驱动功率时，可有效进行散热，防止二极管芯片融毁。测试结果显示，当工作频率为220GHz时，该三倍频器的承载功率可达1100mW，当驱动功率为900mW时为最佳工作状态，输出功率可达17.5mW。(a)(b)图1-4电子科技大学无衬底高承载功率220GHz三倍频器。（a）电路结构；（b）测试结果
电子科技大学博士学位论文42017年，英国卢瑟福·阿普尔顿实验室（RutherfordAppletonLaboratory,RAL）的HairuiLiu等研制了180GHz高效率太赫兹倍频器[32]。该倍频器基于砷化镓（GalliumArsenide,GaAs）肖特基二极管，其电路和测试结果如图1-3所示。测试结果显示，倍频器的峰值效率为34%，相对带宽为11%。当输出频率为180GHz，驱动功率为500mW时，该倍频器的输出功率可达109mW。同时，该团队还测试了两路倍频器功率合成后的输出功率和效率，受驱动源性能的限制，仅测试了驱动功率为500mW时，输出功率为105mW。因此，当驱动功率进一步提高后，该功率合成电路可产生更高的输出功率。(a)(b)图1-3英国RAL实验室180GHz高效率二倍频器。（a）实物照片；（b）测试结果2019年，电子科技大学张波等研制了一种新型无衬底高承载功率220GHz三倍频器[30]，其电路和测试结果如图1-4所示。该倍频器基于氮化镓（GalliumNitride,GaN）肖特基二极管，二极管直接架接在鳍线过渡结构上，无需基片衬底，在高驱动功率时，可有效进行散热，防止二极管芯片融毁。测试结果显示，当工作频率为220GHz时，该三倍频器的承载功率可达1100mW，当驱动功率为900mW时为最佳工作状态，输出功率可达17.5mW。(a)(b)图1-4电子科技大学无衬底高承载功率220GHz三倍频器。（a）电路结构；（b）测试结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型太赫兹分支波导定向耦合器设计[J]. 师娅楠,张斌珍,段俊萍,王颖. 固体电子学研究与进展. 2019(05)
[2]GaAs肖特基二极管的250 GHz二次谐波混频器研究[J]. 胡海帆,赵自然,马旭明,姜寿禄. 红外与激光工程. 2019(07)
[3]单片集成430 GHz三倍频器的设计及测试[J]. 杨大宝,邢东,梁士雄,张立森,徐鹏,冯志红. 中国激光. 2019(06)
[4]A Survey on Terahertz Communications[J]. Zhi Chen,Xinying Ma,Bo Zhang,Yaxin Zhang,Zhongqian Niu,Ningyuan Kuang,Wenjie Chen,Lingxiang Li,Shaoqian Li. 中国通信. 2019(02)
[5]220 GHz InP DHBT单片集成功率放大器[J]. 孙岩,程伟,陆海燕,王元,王宇轩,孔月婵,陈堂胜. 固体电子学研究与进展. 2018(05)
[6]太赫兹波通信技术研究进展[J]. 杨鸿儒,李宏光. 应用光学. 2018(01)
[7]砷化镓材料[J]. 王建利,牛沈军,兰天平,周春峰,孙强. 科技创新导报. 2010(32)
[8]太赫兹科学技术及其应用的新发展[J]. 刘盛纲,钟任斌. 电子科技大学学报. 2009(05)
[9]太赫兹辐射的研究及应用[J]. 马晓菁,代斌,葛敏. 化工时刊. 2006(12)
[10]太赫兹科学技术的新发展[J]. 刘盛纲. 中国基础科学. 2006(01)
硕士论文
[1]W波段准椭圆波导带通滤波器研究[D]. 肖红.中北大学 2019
[2]基于基片集成技术的交叉耦合腔体滤波器的延伸研究[D]. 邹玉鹏.南京航空航天大学 2015
[3]模式匹配法分析复杂波导的不连续性[D]. 贾瑶.西安电子科技大学 2010
[4]脊波导定向耦合器的设计与研究[D]. 蒋平英.电子科技大学 2007
本文编号：3623251
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