[發明專利]一種太赫茲兩級級聯平衡式九倍頻器電路

有效

• 申請號: 202010106376.6
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111384897B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 李芹;孫遜;唐旭升;黃風義;張萌
• 申請（專利權）人: 東南大學;航天科工通信技術研究院有限責任公司
• 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: 孟紅梅

本發明公開了一種太赫茲兩級級聯平衡式九倍頻器電路，涉及太赫茲電路技術領域。電路包含輸入波導、腔體、九倍頻電路芯片和輸出波導，電路中太赫茲二極管采用GaAs工藝制作。該電路包含兩級太赫茲平衡式二極管三倍頻器，能實現九倍頻功能。每一級三倍頻器電路的單側只有一個二極管，提升了每一級倍頻管的截止頻率，能獲得更高的輸出倍頻損耗。每一級三倍頻器電路采用了奇次諧波平衡式結構，使得電路具有很好的對稱性，能更好的抑制偶次諧波、減小二極管上的功率，有助于二極管的散熱，且能夠更方便地引入直流偏置。

技術領域

本發明涉及一種太赫茲倍頻器集成電路架構，屬于太赫茲芯片技術領域。具體涉及一種太赫茲兩級級聯平衡式九倍頻器電路，是一種超高頻倍頻器，采用GaAs工藝，在太赫茲電路中具有較大優勢，設計結構簡單，輸出頻率高，同時具有抑制偶次諧波的優點。

背景技術

太赫茲波在電磁波譜中位于微波和紅外輻射之間，是最后一個人類尚未完全認知和利用的頻段，由于太赫茲波的低能性、指紋譜性、高穿透性及寬帶性等特殊性質而具有廣闊的應用前景和戰略性基礎性的研究價值。

倍頻原理是利用非線性器件受到基波正弦信號激勵時，會在該基波頻率的N次諧波頻率上產生輸出信號。提取出所需要N次頻率的諧波信號，該方法是獲得高頻信號源的重要方式。輸出信號頻譜中不但包含原有的基波信號頻率分量，而且還包含DC分量和各奇次和偶次諧波信號頻率分量。根據設計倍頻器需求的目標頻率，需要在前級或者后級附加如四分之一枝節或者濾波器等電路，對非目標頻率的諧波信號進行抑制或者回收，以達到目標頻率的信號輸出功率最大化。

常用的倍頻器采用非線性電壓和電流關系的PN型二極管器件，但由于擴散電容的存在使其在高頻工作時的倍頻效率低下。隨著器件工作頻率的提高，在太赫茲頻段，為了獲得更高的倍頻效率就需要使用變容模式的二極管例如低寄生參數肖特基勢壘二極管作為非線性器件。

倍頻器常用電路可分為串聯激勵型和并聯激勵型兩種，其中串聯電流激勵型倍頻器由于二極管無需接地，這種直接接入電路的結構相對比較簡單，但不利于熱量傳導，適用于設計低功率容量電路以及對散熱要求不高的場合之中。并聯電壓激勵型二極管需要接地，因此具有較好的散熱，能為功率容量較大的倍頻器提供長時間穩定的溫度條件，而且二極管并聯接入電路時可以采用一些結構上的對稱性來實現對某次諧波的抑制。

在目前使用的太赫茲電路中，一般情況下，肖特基二極管被制作成適用于三倍頻或九倍電路的二極管，且倍頻電路只使用單級二極管倍頻器進行倍頻。由于輸入的頻率限制，這種倍頻電路只適用于太赫茲的低段頻率，且對于更高次諧波，輸出的諧波功率很低，倍頻效率較差。而使用兩級三倍頻器級聯的倍頻器電路能實現九倍頻功能，獲得較高的輸出功率，這是一種創新結構的太赫茲倍頻電路形式。

發明內容

發明目的：本發明的目的是為克服現有技術之不足，提供一種太赫茲兩級平衡式三倍頻器級聯的九倍頻器電路。

技術方案：本發明所述提供的太赫茲兩級級聯平衡式九倍頻器電路，包含輸入波導、腔體、九倍頻電路芯片和輸出波導；所述九倍頻電路芯片放置在腔體中，一端連接輸入波導，另一端連接輸出波導；所述九倍頻電路芯片的基板上設有依次相連的輸入探頭、第一級低通濾波器、第一級匹配傳輸線、第二級低通濾波器、第二級匹配傳輸線與輸出探頭。

每一級三倍頻器的兩個二極管連接在匹配傳輸線的兩側，為了提高太赫茲倍頻二極管的截止頻率，匹配傳輸線單側的太赫茲倍頻二極管采用單管形式。其中一個二極管的陽極與匹配傳輸線相連，另一個二極管的陰極與匹配傳輸線相連。二極管的另一側與一個接直流偏置的金屬線相連，該金屬線通過鍵合的方式與外部直流電源相連接。與金屬線相連接的還有片上電容，片上電容與懸臂梁相連接，懸臂梁通過導電膠與結構件相連，起到交流地的作用。