220GHz太赫茲倍頻鏈路研究.pdf

1、太赫茲技術(shù)在信息科學(xué)、空間科學(xué)、醫(yī)學(xué)以及材料科學(xué)等學(xué)科上都有極高的開(kāi)發(fā)空間和應(yīng)用前景。尤其是長(zhǎng)波波段（100GHz-300GHz），在雷達(dá)、通信和安檢等系統(tǒng)中都體現(xiàn)出了極高的實(shí)用價(jià)值。目前太赫茲應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展主要受限于太赫茲波的產(chǎn)生，其中基于半導(dǎo)體器件由低頻微波向太赫茲頻段發(fā)展的倍頻源具備高穩(wěn)定性、高集成度、低成本等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注。
　　220GHz為大氣傳輸窗口，國(guó)內(nèi)已有多家研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行該頻段處的通信或雷達(dá)系統(tǒng)驗(yàn)證研究，其中固態(tài)

2、倍頻源是收發(fā)系統(tǒng)中最重要的部分之一。本文基于肖特基二極管研究倍頻鏈路，該系統(tǒng)可為220GHz收發(fā)系統(tǒng)提供射頻源，也可以為440GHz收發(fā)系統(tǒng)提供本振源。
　　基于GaAs肖特基二極管研制出了220GHz二倍頻器，首先建立二極管芯片三維電磁模型并提取其特性參數(shù)，然后分步研究二倍頻器各無(wú)源模塊，利用諧波平衡法對(duì)倍頻器整體電路進(jìn)行優(yōu)化，最終對(duì)該二倍頻器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。仿真結(jié)果表明，當(dāng)驅(qū)動(dòng)功率為150mW時(shí)，二倍頻器工作狀態(tài)達(dá)到最佳，在21

3、0GHz-230GHz頻帶內(nèi)倍頻效率都大于15％，在211GHz處達(dá)到最大為41%；測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)驅(qū)動(dòng)功率為30mW的寬帶穩(wěn)幅源時(shí)，倍頻效率在197-230GHz內(nèi)都大于10%，在218GHz處輸出功率最高，為7.13mW，對(duì)應(yīng)效率為24%，與同等情況下的仿真結(jié)果吻合；若具備更大功率驅(qū)動(dòng)源，該二倍頻器工作性能會(huì)進(jìn)一步提升。
　　基于GaN肖特基二極管研制出了110GHz三倍頻器，分析GaN材料的特點(diǎn)以及GaN二極管的可行性，并參

4、考GaAs二極管研究GaN基平面肖特基二極管芯片，利用場(chǎng)路結(jié)合的辦法建立二極管三維電磁模型，最終對(duì)110GHz三倍頻器進(jìn)行試驗(yàn)研究。仿真結(jié)果表明，當(dāng)驅(qū)動(dòng)功率為1.5W時(shí)，倍頻器工作狀態(tài)最佳，倍頻效率為7%；測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)驅(qū)動(dòng)功率為200mW時(shí)，最大輸出功率為2.7mW，倍頻器效率會(huì)隨著驅(qū)動(dòng)功率增加而進(jìn)一步提升。
　　本文研制的220GHz二倍頻器工作性能在國(guó)內(nèi)同頻段內(nèi)處于領(lǐng)先地位，聯(lián)合研制的GaN基平面肖特基二極管對(duì)在國(guó)內(nèi)也屬于