[發明專利]一種基于CMOS工藝的太赫茲三倍頻器

有效

• 申請號: 202010587732.0
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111682848B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 楊自強;楊濤
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03B19/14
• 分類號: H03B19/14
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發明涉及毫米波通信技術領域，具體提供一種基于CMOS工藝的太赫茲三倍頻器，用以克服傳統太赫茲混合集成三倍頻器的加工和裝配誤差大的難題。本發明包括：晶體管NMOS1、晶體管NMOS2、柵極偏置電路、漏極偏置電路、兩個3次諧波空閑電路、兩個基波空閑電路、輸入傳輸線變壓器及輸出傳輸線變壓器；整個倍頻器電路采用平衡式倍頻結構，有效抑制偶次諧波輸出，提升頻譜純凈度；同時，輸入端的3次諧波空閑電路與輸出端的基波空閑電路能夠有效提升倍頻器的倍頻效率；另外，本發明采用半導體工藝技術一次成型，二極管、三極管等器件無需進行二次裝配，倍頻器電路的加工誤差大大減小，極大的降低了生產成本。

技術領域

本發明屬于毫米波通信技術領域，具體涉及一種基于CMOS工藝的太赫茲三倍頻器。

背景技術

自麥克斯韋提出電磁理論以來，人們就不斷拓展著電磁頻譜的應用。近年來低端頻譜的日益擁擠，促使人們不斷開拓新的頻譜資源，太赫茲技術正是在這樣的背景下得到了國內外科學界的極大關注。太赫茲波一般是指頻率在100～10000GHz范圍內的電磁波，它的頻率范圍處于光子學與電子學的交叉區域，具有許多獨特的性質，這就注定了它在多個方面具有廣闊的應用前景；它已在安全檢查、物體成像、環境檢測、衛星通信、射電天文和軍用雷達等領域表現出重大的科學價值和應用價值。

太赫茲技術的發展，首先必須解決源的問題；常用的太赫茲源產生方法是將微波(毫米波)技術向高頻方向拓展，主要包括固態電路技術和電真空技術。相比電真空技術，固態電路技術的主要優點在于：無需高壓裝置、可靠性好、體積小、重量輕、效率高、功耗低和使用壽命長等；因此，近年來固態太赫茲源技術獲得了長足發展。固態電路技術獲取太赫茲源可采取兩種方式，一是直接振蕩產生，二是微波源倍頻后獲得；相比直接振蕩產生，倍頻源具有良好的相位噪聲性能，因此該技術被廣泛研究和采用。

現有的太赫茲三倍頻技術多采用基于二極管的混合集成技術，如公開號為CN108111127A的專利文獻中公開的太赫茲頻段三倍頻器、公開號為CN103490594A的專利文獻中公開的一種2mm多層三倍變頻器及三倍變頻方法等；其主要缺點是：1)混合集成電路采用基于P?CB版的設計方案，在太赫茲頻段，由于電路尺寸非常小，PCB較差的加工精度極大的影響了電路性能；2)在電路裝配中，二極管等器件需要裝配到PCB板上，在太赫茲頻段，二極管器件的裝配誤差對電路性能也會造成極大影響；3)由于電路加工、裝配難度大，人工調試量大，導致混合集成太赫茲倍頻器電路成本非常高。

基于此，本發明提供一種基于CMOS工藝的太赫茲三倍頻器。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術存在問題或不足，提供了一種基于CMOS工藝的太赫茲三倍頻器，在CMOS工藝上實現的太赫茲三倍頻器。本發明采用的技術方案如下：

一種基于CMOS工藝的太赫茲三倍頻器，包括：晶體管NMOS1、晶體管NMOS2、柵極偏置電路、漏極偏置電路、兩個3次諧波空閑電路、兩個基波空閑電路、輸入傳輸線變壓器及輸出傳輸線變壓器；其特征在于，所述晶體管NMOS1與NMOS2的柵極分別連接3次諧波空閑電路，兩個3次諧波空閑電路的另一端分別與輸入傳輸線變壓器的兩個輸出端口連接；所述晶體管NMOS1與NMOS2的的源極分別連接電感后接地；所述晶體管NMOS1與NMO?S2的漏極分別連接基波空閑電路，兩個基波空閑電路的另一端分別與輸出傳輸線變壓器的兩個輸出端口相連；所述柵極偏置電路與輸入傳輸線變壓器的中心抽頭相連，所述漏極偏置電路與輸出傳輸線變壓器的中心抽頭相連；所述輸入傳輸線變壓器的輸入端作為基波信號輸入端，所述輸出傳輸線變壓器的輸入端作為三倍頻信號輸出端。

進一步的，所述柵極偏置電路由串聯電阻R1和并聯電容C1組成。

所述漏極偏置電路由并聯電容C2實現。

所述3次諧波空閑電路均采用并聯1/4波長開路線實現。

所述基波空閑電路均采用電感L3(L4)和電容C3(C4)組成的串聯諧振電路實現。