[發明專利]一種基于固態電子的太赫茲電脈沖產生裝置

有效

• 申請號: 201410717802.4
• 申請日: 2014-12-01
• 公開（公告）號: CN104506167A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 唐旭升;黃風義;姜楠;張有明;高孟川;彭振寧
• 申請（專利權）人: 東南大學;愛斯泰克（上海）高頻通訊技術有限公司
• 主分類號: H03K3/02
• 分類號: H03K3/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及信息領域的太赫茲技術，特別是基于固態電子的太赫茲電脈沖產生裝置。

背景技術

目前THz輻射幾大主要實現技術包括：量子級聯激光器、固態光子學以及固態電子技術等。

傳統的量子級聯激光器技術具有體積小、能耗低等特點（D.?J.?Paul,?et?al,?“In?search?of?a?Si/SiGe?THz?quantum?cascade?laser”,?Silicon?Monolithic?Integrated?Circuits?in?RF?Systems,?2004.?Digest?of?Papers.?2004?Topical?Meeting?on.?IEEE,?2004:143?-?146.?參考文獻1），但此技術的缺點是對半導體量子阱材料生長的質量要求很高，結構復雜。

固態光子學是利用飛秒激光脈沖觸發直流偏置下的光電導體（S.?Li,?H.?Y.?Sin,?et?al,?“Thermal?image?and?analysis?of?a?28.3?THz??0.18μm??CMOS?detector?”,?Microwave?Conference?(EuMC),?2010:1389-1392.?參考文獻2），通過相干電流驅動偶極天線產生太赫茲脈沖輻射，此類THz源需要昂貴精密的超短脈沖光源設備，阻礙了技術應用。

利用固態電子技術實現THz輻射，傳統的方法通常是利用頻率較低的微波毫米波作輸入，采用倍頻技術實現窄帶THz輻射（John?Ward,?Erich?Schlecht,?Goutam?Chattopadhyay,?etc.?“Capability?of?THz?sources?based?multiplier?on?Schottky?diode?frequency?chains”,2004?IEEE?MTT-S?Digest,2004:1587-1590.參考文獻3）。這種技術的缺點是集成度低，工藝復雜，導致成本上升。

以上幾種傳統技術，未能有效解決太赫茲技術針對成像、醫療等中低端市場應用的低成本、小體積、高集成度等關鍵問題。如何能在目前超大規模集成電路的工藝條件和技術思想基礎上，實現超高頻率的信號源特別是在太赫茲頻段的電脈沖信號源，成為微電子技術領域的一大難題。

本發明是基于固態電子技術，采用主流的硅半導體工藝或其他化合物半導體工藝實現陡邊沿數字信號產生電路，將基帶或儀器輸入的寬邊沿數字信號處理為陡邊沿數字信號，再通過片上/片外傳輸線或波導將此信號耦合到片上/片外微分器，產生THz電脈沖。其中，微分器可以是利用半導體工藝或MEMS工藝或陶瓷工藝實現的THz輻射天線，也可以是半導體工藝實現的微分電路。

本發明與傳統的通信集成系統相兼容，突破了太赫茲通信研究的瓶頸。有利于推動太赫茲集成電路的小型化和實用化。

發明內容

技術問題：本發明提出一種體積小，成本低，保密性強，功耗低，并且不需要復雜集成電路工藝的基于固態電子的太赫茲電脈沖產生裝置。

技術方案：本發明的基于固態電子的太赫茲電脈沖產生裝置，包括依次串聯的功率分配器、陡邊沿數字信號產生電路、相位調整電路、功率合成器和微分器，所述陡邊沿數字信號產生電路由多級反相器級聯而成，所述功率分配器的每個輸出端連接一路陡邊沿數字信號產生電路，每路陡邊沿數字信號產生電路連接一路相位調整電路。

本發明的優選方案中，所述的功率分配器為多個，采用N級樹形連接，將一路信號分為2^N路信號；所述功率合成器也為多個，采用N級樹形連接，將2^N路信號合成為一路信號。

本發明的優選方案中，所述功率分配器和功率合成器均采用片上威爾金森結構或片上變壓器結構。

本發明的優選方案中，所述陡邊沿數字信號產生電路采用多級片上反相器級聯而成。

本發明的優選方案中，相位調整電路由相位可控的移相器實現。

本發明的優選方案中，微分器采用片上微分器和片外微分器。

本發明的上述優選方案中，片上微分器采用片上天線或片上微分電路，片上天線與前級的耦合分別采用片上傳輸線方式耦合或片上波導方式耦合，片上微分電路與前級的耦合方式采用片上傳輸線方式耦合。