[發(fā)明專利]太赫茲混頻器及其制造方法及包括該混頻器的電子設(shè)備

有效

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• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109509953B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李元景;胡海帆;趙自然;馬旭明
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);同方威視技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: H01P1/213
• 分類號: H01P1/213;H01P11/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 倪斌

公開了一種太赫茲混頻器及其制造方法及包括該混頻器的電子設(shè)備。根據(jù)實(shí)施例，該太赫茲混頻器包括：腔體，用于分別形成射頻輸入波導(dǎo)和本振輸入波導(dǎo)，以及用于容納懸置微帶線，在腔體的內(nèi)側(cè)表面上形成有臺階；懸置微帶線，通過半導(dǎo)體生長工藝形成并跨接在臺階的至少一部分上，懸置微帶線分別延伸至射頻輸入波導(dǎo)和本振輸入波導(dǎo)所在腔體內(nèi)，以分別形成用于接收射頻輸入信號和本振輸入信號的微帶線天線。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及通信領(lǐng)域，具體地，涉及太赫茲混頻器及其制造方法及包括該混頻器的電子設(shè)備。

背景技術(shù)

近年來，太赫茲技術(shù)作為重要的研究領(lǐng)域，在國內(nèi)外已經(jīng)受到越來越廣泛的關(guān)注。從太赫茲波的大氣傳輸特性中可以看出，在183GHz,320GHz、380GHz、664GHz附近存在水分子吸收窗口，是用來探測大氣濕度輪廓線的關(guān)鍵頻段；在94GHz、140GHz、220GHz毫米波傳播受到衰減較小，基于點(diǎn)對點(diǎn)通信而被低空空地導(dǎo)彈和地基雷達(dá)所采用。因而針對這些頻段的研究非常重要。

無論太赫茲波應(yīng)用于哪個(gè)方面以及哪個(gè)頻段，都離不開對太赫茲波的接收，對于最為常用的基于超外差體制的接收機(jī)來說，實(shí)現(xiàn)頻率下變頻作用的混頻器是其中的一個(gè)關(guān)鍵部件。在固態(tài)太赫茲雷達(dá)和通信等系統(tǒng)中，由于低噪聲放大器實(shí)現(xiàn)較為困難，混頻器就成為了接收端的第一級，所以混頻器性能的好壞直接關(guān)系到整個(gè)接收機(jī)系統(tǒng)的性能。同時(shí)，由于同頻段高性能本振源實(shí)現(xiàn)難度大，所以采用分諧波混頻技術(shù)是解決此問題的有效途徑。在僅有的幾類可工作于太赫茲頻段的混頻器中，只有基于平面肖特基二極管的太赫茲分諧波混頻器可工作于室溫，無需提供如液氦等以實(shí)現(xiàn)苛刻的低溫環(huán)境，因而獲得了較為普遍的應(yīng)用。

針對100GHz～500GHz的太赫茲波段范圍，目前主要的接收機(jī)方案之一是超外差式接收機(jī)，尤其當(dāng)頻率高于200GHz時(shí)，基于硅基CMOS工藝和硅鍺CMOS工藝的混頻器變頻損耗較大，還不適合應(yīng)用，所以仍主要依賴于平面封裝的砷化鎵肖特基二極管的太赫茲分諧波混頻器。

現(xiàn)有技術(shù)中平面封裝的砷化鎵肖特基二極管的太赫茲分諧波混頻器的方案主要包括以下幾種：方案1是將砷化鎵肖特基二極管倒裝鍵合在石英基板微帶線上，外圍是金屬腔體。該方案簡單易行，但缺點(diǎn)也較為明顯，肖特基二極管倒裝鍵合需采用導(dǎo)電膠或金絲綁定，其與微帶線間的對準(zhǔn)精度不好把控。石英微帶線與金屬腔體裝配也存在對準(zhǔn)誤差。金屬腔體加工隨著頻率的上升難度也逐漸增大，有些尺寸及角度很難實(shí)現(xiàn)。方案2是基于砷化鎵的單片集成二次諧波混頻器鏈路結(jié)構(gòu)(肖特基二極管與微帶線都采用砷化鎵基片同步加工)，外圍是金屬腔體。該方案可避免二極管與微帶線的對準(zhǔn)問題，但砷化鎵基微帶線與金屬腔體裝配也存在對準(zhǔn)誤差。整體加工成本相對于方案1較高。方案3是采用硅基微機(jī)械工藝加工腔體結(jié)構(gòu)，肖特基二極管和微帶線仍采用方案1和方案2中的常規(guī)方式。該方案可以降低混頻器的整體重量，且同時(shí)能夠保障腔體內(nèi)尺寸，但微帶線與腔體結(jié)構(gòu)間的對準(zhǔn)問題仍沒有得到很好解決。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本公開的目的至少部分地在于提供一種能夠很好地保證微帶線與腔體之間的對準(zhǔn)精度的太赫茲混頻器及其制造方法以及包括該太赫茲混頻器的電子設(shè)備。

根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供了太赫茲混頻器，包括：腔體，用于分別形成射頻輸入波導(dǎo)和本振輸入波導(dǎo)，以及用于容納懸置微帶線，在腔體的內(nèi)側(cè)表面上形成有臺階；懸置微帶線，通過半導(dǎo)體生長工藝形成并跨接在臺階的至少一部分上，懸置微帶線分別延伸至射頻輸入波導(dǎo)和本振輸入波導(dǎo)所在腔體內(nèi)，以分別形成用于接收射頻輸入信號和本振輸入信號的微帶線天線。

根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種制造太赫茲混頻器的方法，包括：在硅基體或砷化鎵基體上形成溝槽結(jié)構(gòu)，溝槽結(jié)構(gòu)包括臺階；在硅基體或砷化鎵基體的內(nèi)側(cè)表面和溝槽的側(cè)壁上形成金屬層；跨接在臺階的至少一部分上形成懸置微帶線。

根據(jù)本公開的第三方面，還提供了一種電子設(shè)備，包括由上述的太赫茲混頻器形成的集成電路。