[發(fā)明專利]基于Y形結(jié)構(gòu)的太赫茲功率合成二倍頻電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210467894.6
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN102946228A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊非;王宗新;孟洪福;崔鐵軍;孫忠良
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學
• 主分類號: H03B19/14
• 分類號: H03B19/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 繆友菊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種太赫茲倍頻電路，尤其涉及的是一種基于Y形結(jié)構(gòu)的太赫茲功率合成二倍頻電路。

背景技術(shù)

太赫茲波（即Terahertz，簡寫THz）通常是指頻率在0.1?THz～10?THz（波長為30μm～3mm）范圍內(nèi)的電磁波。1THz（10¹²Hz）對應波數(shù)為33.3cm^-1，能量為4.1meV，波長為300μm。從頻譜上看，太赫茲波在電磁波譜中介于微波與紅外之間，處于電子學向光子學過渡的區(qū)域，處于宏觀經(jīng)典理論向微觀量子理論的過渡區(qū)。在電子學領(lǐng)域，太赫茲波被稱為亞毫米波；在光學領(lǐng)域，它又被稱為遠紅外射線；從能量上看，太赫茲波段的能量介于電子和光子之間。

傳統(tǒng)的電子學方法和光學方法都難以產(chǎn)生高質(zhì)量的太赫茲波，隨著光電子技術(shù)和半導體技術(shù)的發(fā)展，使用超快激光轟擊非線性晶體或光電導偶極可以實現(xiàn)毫瓦級功率輸出和頻率可調(diào)的太赫茲波，這就為研究提供了一個穩(wěn)定和有效的手段；利用電真空返波管（BWO）通過鎖相，也可以實現(xiàn)1.2THz頻率以下毫瓦級功率輸出和頻率可調(diào)的太赫茲波；量子級聯(lián)（QCL）外加鎖相機制，可實現(xiàn)2THz頻率以上毫瓦級功率輸出和頻率可調(diào)的太赫茲波。但這些技術(shù)都存在系統(tǒng)復雜、集成度差以及造價昂貴等問題。因此具有緊湊及較高功率輸出優(yōu)點的太赫茲波功率倍頻合成成為太赫茲波技術(shù)研究的重要技術(shù)。太赫茲倍頻理論中，要獲得更大的輸出功率，一般需要增大輸入功率，但倍頻效率與輸入功率有關(guān)，過高的輸入功率易導致器件飽和，導致倍頻效率大大降低，甚至引起勢壘反向擊穿，器件受到損害。對于這些問題，只有提高器件對大輸入功率的承載能力，同時不降低倍頻效率η，才可實現(xiàn)較大功率輸出。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于Y形結(jié)構(gòu)的太赫茲功率合成二倍頻電路，提高器件承載能力的同時不會降低倍頻效率η。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括金屬上基座和金屬下基座，金屬上基座和金屬下基座形成的腔體內(nèi)設(shè)置輸入波導結(jié)構(gòu)、兩組合成通道、輸出波導結(jié)構(gòu)和兩組直流偏置電路；所述輸入波導結(jié)構(gòu)和輸出波導結(jié)構(gòu)為Y形，兩組合成通道和直流偏置電路分別沿輸入波導結(jié)構(gòu)和輸出波導結(jié)構(gòu)Y形的中心線鏡像設(shè)置，輸入波導結(jié)構(gòu)Y形的兩端分別連接對應合成通道的輸入端，輸出波導結(jié)構(gòu)Y形的兩端分別連接對應合成通道的輸出端，兩組合成通道內(nèi)分別懸置薄膜芯片，直流偏置電路上設(shè)置芯片電容，芯片電容和薄膜芯片相連。

所述薄膜芯片包括芯片本體和分別設(shè)置于芯片本體上的第一梁式引線、第二梁式引線、第三梁式引線、太赫茲肖特基管對、輸入耦合單元、輸出耦合單元和低通濾波器；所述芯片本體的首端和末端分別通過第一梁式引線和第二梁式引線定位在對應的合成通道內(nèi)，太赫茲肖特基管對的兩端通過第一梁式引線連接到金屬下基座上以形成直流和射頻回路，輸入耦合單元設(shè)置于太赫茲肖特基管對的中間，輸出耦合單元和輸入耦合單元相連，低通濾波器和輸出耦合單元相連，低通濾波器通過第三梁式引線和芯片電容相連以進行直流饋電，輸入耦合單元和輸入波導結(jié)構(gòu)相連，輸出耦合單元和輸出波導結(jié)構(gòu)相連。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述薄膜芯片為砷化鎵薄膜，薄膜芯片的厚度為10～15μm。

所述太赫茲肖特基管對的拓撲結(jié)構(gòu)為反串聯(lián)結(jié)構(gòu)，利于實現(xiàn)雜波抑制。

為實現(xiàn)與外部其他部件的連接，所述金屬上基座和金屬下基座的兩側(cè)分別設(shè)置連接法蘭盤。

所述金屬上基座和金屬下基座通過定位銷連接，通過定位銷實現(xiàn)固定定位。

所述金屬上基座和金屬下基座上分別設(shè)有直流饋電SMA（Small?A?Type）連接器，所述直流饋電SMA連接器和直流偏置電路相連。

薄膜芯片及其部件的制作工藝選用電子束光刻（EBL，electronic?beam?lithography）、電感耦合反應離子刻蝕（ICP?Etching，inductively?coupled?plasma?reactive?ion?etching）、分子束外延（MBE，Molecular?beam?epitaxy）、等離子體增強化學氣相沉積（PECVD，Plasma?Enhanced?Chemical?Vapor?Deposition）中的任一種。

本發(fā)明的兩個合成通道內(nèi)的薄膜芯片電路完全一致，各自完成來自輸入端功分信號的激勵，并在輸出端一側(cè)Y形結(jié)構(gòu)完成兩路信號合成。薄膜芯片經(jīng)由梁式引線固定在合成通道內(nèi)，并由其提供直流回路和射頻回路，直流偏置電路一側(cè)由梁式引線提供直流通路，經(jīng)芯片電容直流供電。