440GHz二倍频器研究

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太赫兹波在成像及探测系统、物联网、通信、天文、安全检查等领域都有着重要的应用。但是由于缺乏有效的太赫兹源及高灵敏探测器,太赫兹技术的发展也因此受到限制,所以在太赫兹技术领域,频率源仍是首当其冲需要解决的问题。基于半导体技术的固态源具有性能稳定、结构简单、体积小、可靠性高、低成本等的优势,使其成为超外差接收机中本振的一种重要的选择,占据了目前太赫兹源的主要地位,是受到广泛关注的THz源。目前,世界上固态源的输出频率已突破2.7THz。本文简要介绍了太赫兹频段固态倍频器的发展动态,根据肖特基二极管的相关理论知识计算出重要参数,分析基于肖特基变容二极管对的平衡二倍频器的倍频原理和结构。在此基础上,对二倍频器的电路结构、二极管三维电磁建模、无源电路结构进行分析,利用HFSS和ADS仿真软件联合仿真,分别优化输入、输出匹配,输出过渡和直流偏置电路,开展440GHz二倍频器的研究。通过准确的三维建模,对加工和装配误差进行了量化容差分析,验证了440GHz二倍频器对加工和装配的容差度。倍频电路采用厚度为50μm的石英悬置微带电路实现,直流偏置电路采用厚度为0.127mm Rogers RT/duroid 5880微带电路实现。测试结果显示,调节偏置电压至-1V时,当输入功率为20mW时,在445.92GHz处获得最大输出功率,为39μW,在440~450GHz频段内的输出功率介于5μW至40μW之间。本课题中所积累的经验对于国内太赫兹半导体器件的研究具有实践意义。
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