110~200GHz频段InP单行载流子光电二极管

设计制备了一种基于InP材料低偏压工作的单行载流子光电二极管(UTC-PD),该器件的工作频率范围为110~200 GHz。为提升器件的带宽特性,UTC-PD芯片的吸收层采用p型高斯掺杂的InGaAs材料,芯片的InP衬底减薄至12μm。UTC-PD采用背照式的方式输入光信号。通过倒装焊的形式将芯片安装在厚度为50μm的AlN基片上的共面波导焊盘上进行测试。在-3 V偏压和155μm波长输入光条件下,制备器件的响应度超过02 A/W;在110 GHz处获得最高输出功率为-56 dBm,19783 GHz处的输出功率最低为-106 dBm。

一种E面波导枝节加载型移相器

文中介绍了一种E面波导枝节加载型移相器的设计和制造。该移相器为F波段45°固定移相器,主通道采用三阶E面短路波导枝节加载结构。为了方便测试和未来应用,研制了F波段E面波导90°相移电桥功分器,一路为参考通道,另一路加载45°移相器的移相主通道。对功分器的两通路进行了对比测试,测试结果表明两通道在100~110 GHz频段内,相位差45°±2°,差损值低于0.4 dB。

220GHz GaAs单片集成分谐波混频器

基于在30μm厚的GaAs衬底上开发的平面肖特基二极管,设计了220 GHz GaAs单片集成分谐波混频器。考虑了二极管外形结构对电磁波传输的影响,采用场路结合联合仿真的经典方法建立二极管模型来仿真其电性能,并利用这一模型在非线性电路仿真软件中对混频器的性能进行仿真和优化。制作的220 GHz分谐波混频器模块在本振频率为110 GHz、输入功率为6 dBm的条件下进行测试。结果表明,在射频频率210~220 GHz内,混频器模块的单边带变频损耗小于11 dB,在220 GHz处具有最小变频损耗,为7.2 dB。

基于GaAs肖特基二极管的220GHz线阵列被动接收前端

基于GaAs肖特基二极管,研制了1×4多像素220 GHz线阵列被动接收前端,接收前端的每个接收通道包含一个W波段三倍频器和一个220 GHz分谐波混频器。三倍频器使用两个以串联结构集成4个肖特基结的二极管芯片实现平衡式倍频模式;220 GHz分谐波混频器使用一对反向并联结构的GaAs肖特基二极管实现混频功能。室温下输入功率为100 mW,三倍频器在90~110 GHz频带范围内功率效率超过5%;当本振动率为4 mW时,谐波混频器在200~220 GHz频带内变频损耗小于9 dB。接收前端的单个通道通过上机测试,成像性能良好。该接收前端尺寸为40 mm×38 mm×26 mm,可广泛应用于各种毫米波成像检测系统。

Ka波段宽带单边带调制器集成电路的设计

基于相移法实现SSB(单边带)调制器理论,设计制造了一种Ka波段宽带SSB调制器集成电路。对相移法产生单边带调制信号的原理进行了分析,利用无源电路的3D电磁仿真分析和ADS整体电路非线性仿真相结合的方法对调制器进行了优化。设计制造的90°相移电桥网络和同相合成器满足了产生Ka波段SSB信号的幅相要求,同时给出了测试结果。调制器在30~36GHz频带内插入损耗≤14dB;载波和对称边带抑制≥15dB;其它边带抑制≥13dB;输入1dB压缩功率≥8dBm;外形尺寸18mm×6mm。这种相移法单边带调制器不需要带通滤波器,具有电路简单,载波抑制比高,对相位误差要求不高的优点。

0.1THz鳍线单平衡式基波混频电路研究

研究了一种基于石英基片的0.1THz频段的鳍线单平衡混频电路,混频电路的射频和本振信号分别从WR10标准波导端口通过波导单面鳍线微带过渡和波导微带探针过渡输入,中频信号通过本振中频双工器输出。这是一种新型的混频电路形式,与传统的W波段混频器相比,混频电路可以省略一个复杂的W波段滤波器,具有电路设计简单、安装方便的特点。该电路使用两只肖特基二极管通过倒装焊工艺粘结在厚度为75μm的石英基片上,石英基片相对传统基板,可以极大提高电路加工精度。在固定50MHz中频信号时,射频90~110GHz范围内,0.1THz混频器单边带变频损耗小于9dB。

基于平面GaAs肖特基二极管的220 GHz倍频器

设计和制造了一种高效高功率的220GHz倍频器，倍频器的有源器件是一只反向串联二极管芯片，它是由四个平面GaAs肖特基二极管通过线性阵列方式集成到一块芯片上。使用ADS和HFSS软件相结合的方法对220GHz倍频器的进行了仿真优化，首先利用HFSS三维电磁仿真准确建立二极管和波导的结构模型，再利用ADS线性和非线性谐波电路仿真来优化倍频电路的性能。在210～230GHz的频带范围内，220GHz倍频器在20mW固定功率输入条件下测试，功率输出大于0．5mw；在100mw固定功率注入时，整个20GHz频带范围内功率输出大于2．1mW，在214GHz处输出峰值功率5mW，效率为5％。反向串联二极管单片上的二极管采用的是并联布局放置方式，这种方式将二极管产生的热量从二极管直接传导到波导腔体的金属导体壁上，利于散热。220GHz倍频器的研制成功，证明了国产平面封装GaAs肖特基二极管的毫米波频段的应用能力，其研制方法对将来更高频率的电路设计具有借鉴意义。

340GHz固定调谐分谐波混频器

基于最新研制的小阳极结反向并联肖特基二极管芯片,设计和制造了320~360GHz固定调谐分谐波混频器。混频器的结构采用的是传统电场(E)面腔体剖分式结构:将二极管芯片倒装焊粘在石英基片上,再用导电银胶将石英电路悬置粘结在混频器下半个腔体上。电路设计采用场路相结合的方法:用场仿真软件建立混频电路各个功能单元的S参数模型,将它们代入非线性电路仿真软件中与二极管结相结合进行混频器性能整体仿真优化。最终测试结果表明,谐波混频器的双边带在4~6mW的本振功率驱动下,在320~360GHz超过12%带宽范围内,双边带变频损耗均小于9dB;混频器在310~340GHz频带范围内,双边带噪声温度最低为780K。声温度最低为780K。

紧凑型P波段1kW功率放大器的设计

基于宽边耦合线理论,设计和制作了一种P波段1 kW微波脉冲功率放大器。详细介绍了高功率宽边带状线耦合器功率合成器的设计方法,并对3路功率合成器进行了仿真计算,给出了计算结果。创造性地利用弯曲悬置微带线代替了直行悬置微带线作为耦合器,这种设计有效减少了高功率合成器的尺寸,从而实现整个脉冲功放的小型化,整个功放尺寸小于222 mm×82 mm×20 mm。采用国产硅基高增益功率器件代替了LDMOS器件的方法提高了放大器可靠性,讨论了Si双极晶体管相对于LDMOS器件的可靠性改善,实验结果表明这种小型化高功率放大器具有可靠性高的特点。

脉冲大功率放大器的研究

介绍了一种小型脉冲大功率模块。该模块采用二层腔体结构 ,很好地解决了体积、散热以及功率损耗等关键技术问题 ,在 S波段范围内 ,输出功率大于 3 6 0瓦。此放大器采用微波混合集成电路 ,钎焊组装结构 ,二次稳压电源。放大器具有体积小、可靠性高。

一种改进型的高功率限幅器

通过对pin限幅器的工作原理进行理论分析,引入了微波功率限幅器功率容量的计算方法,并以此为基础进行了微波功率限幅器设计。这里讨论了一种实用的高功率限幅器,它采用多个限幅二极管并联的方式,有效提高了限幅器的抗烧毁特性,从而提高限幅器的高功率通过能力;并且通过外加耦合器对限幅二极管施加正偏压的电路方式,有效提高了限幅器的最高承受功率。通过一个L波段脉冲500 W的高功率限幅器的实际设计和制作,对上述限幅器原理和方法进行了验证,取得了良好的结果。

基于GaN HEMT的宽带线性功率放大器

基于GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)技术,研制了一款工作频率为0.8~1.5 GHz、线性输出功率超过100 W的宽带线性功率放大器。前级功率放大器采用负反馈电路,以提高工作频率带宽和级间匹配性。为改善输出功率的线性化指标,输出级功率放大器采用平衡式电路进行功率合成和匹配,平衡式电路利用90°混合耦合器实现。电路的仿真和优化采用S参数法进行宽带匹配设计。测试结果表明:在0.8~1.5 GHz工作频率内,放大器小信号增益平坦度小于1.3 dB;1 dB增益压缩点输出功率大于100 W,三阶互调失真大于29 dBc,功率附加效率大于40%,实现了宽带、高功率、高效率、高线性度的设计目标。

330 GHz单片集成分谐波混频器

根据反向并联二极管的外围结构和材料构成,以四端口S参数包的形式建立了二极管结外围无源结构的三维电磁模型,与非线性仿真软件中的肖特基结模型结合起来建立太赫兹二极管对的完整模型,这样的处理方法提高了计算机仿真的准确性。分谐波混频电路制作在12μm厚度的砷化镓基片上,单片电路悬置安装在本振和射频中间剖开的减高波导腔体内。在本振5 mW功率注入时混频单片在330 GHz的频带范围内最小插损为10 dB。因为单片集成电路以四个梁式引线与波导外壁柔性连接,一端固定在波导壁上,混频单片电路能够释放腔体随温度变化而产生的机械应力。

5THz混频二极管等效电路模型研究

采用电磁场和电路联合仿真，基于直流测试和三维电磁建模仿真技术，建立了截止频率5 THz的混频肖特基二极管的等效电路模型。重点研究了二极管的非线性结模型和外围结构三维电磁全波仿真模型，构建了考虑实际电路形式的四端口三维电磁全波仿真模型。该等效电路模型可用于太赫兹低频段混频模块设计，该模型的建立方法也为更高频段模型的建立提供了一种参考。基于该模型设计了一款220 GHz分谐波混频器，在192～230 GHz宽带范围内，双边带变频损耗小于10 dB，测试结果与仿真结果较为一致。

基于平面肖特基二极管的300 GHz平衡式二倍频器

设计了肖特基二极管的结构和尺寸,采用点支撑空气桥结构降低器件在高频下的损耗,根据二极管测试结果和实际结构,分别建立了肖特基结的非线性模型和三维电磁场模型。依据此模型,采用平衡式电路设计,将二极管放置在波导内,利用模式正交性很好地实现输入与输出信号的隔离,简化了电路结构,降低了损耗,成功设计并制作出300GHz二倍频器,在312~319GHz的倍频效率大于5%,最大倍频效率为10.1%@316GHz,在307GHz^318GHz的输出功率大于4mW,最大输出功率为8.7mW@316GHz。采用较高掺杂浓度材料二极管的倍频器最大效率为13.7%,最大输出功率为11.8mW。该倍频器的输出功率与已报道水平相当,验证了国产肖特基二极管的设计、工艺以及高频工作等方面的能力。

基于MOCVD生长材料的高电流密度太赫兹共振隧穿二极管

为获得高功率的太赫兹共振隧穿器件,优化设计了AlAs/InGaAs/AlAs共振遂穿二极管材料结构,在国内首次采用MOCVD设备在半绝缘InP单晶片上生长了RTD外延材料。利用接触光刻工艺和空气桥搭接技术,制作了InP基共振遂穿二极管器件。并在室温下测试了器件的电学特性:峰值电流密度>400kA/cm2,峰谷电流比(PVCR)>2.4。

0.22 THz宽带混频电路研究

基于中国电子科技集团公司第十三研究所的反向并联肖特基二极管,采用电磁场和电路软件联合仿真,完成了0.22 THz分谐波混频电路设计。在固定中频输出频率10 MHz的条件下测试了混频电路的变频损耗,在175~235 GHz共60 GHz带宽内双边带变频损耗小于15 d B,在196 GHz处最佳变频损耗为8.5 d B。测试结果与仿真结果趋势吻合良好。基于冷热负载,测试了分谐波混频电路的噪声温度,当本振功率为5.7 m W时,在216 GHz处双边带噪声温度为1 200 K。

0.2THz宽带非平衡式倍频电路研究

基于四阳极结反向串联型GaAs平面肖特基二极管,设计并实现了0.2THz宽带非平衡式二次倍频电路。肖特基二极管倒装焊接在75μm石英电路上。在小功率和大功率注入条件下,测试了倍频电路的输出功率和倍频效率。输入功率在10~15mW时,通过加载正向偏置电压,在210~224GHz,倍频效率大于3%,在212GHz处有最高点倍频效率为7.8%。输入功率在48~88mW时,在自偏压条件下,210~224GHz带内倍频效率大于3.6%,在214GHz处测得最大倍频效率为5.7%。固定输出频率为212GHz,在132mW功率注入时,自偏压输出功率最大为5.7mW,加载反向偏置电压为-0.8V时,输出功率为7.5mW。

太赫兹平面肖特基二极管参数模型

根据太赫兹平面肖特基二极管物理结构,在理想二极管SPICE参数模型的基础上建立了二极管小信号等效电路模型。依据该二极管等效电路模型设计了基于共面波导（CPW）去嵌方法的二极管S参数在片测试结构,并对其在0.1~50 GHz、75~110 GHz频率范围内进行了高频小信号测试,利用测试结果提取了高频下二极管电路模型中各部分电容、电阻以及电感参数。将相应的高频下电容与电阻参数分别与低频经验公式电容值和直流I-V测试提取的电阻值进行了对比,并利用仿真手段对高频参数模型进行了验证。完整的参数模型以及测试手段相较于理想二极管SPICE模型和传统的参数提取方法可以更为准确地表征器件在高频下的工作状态。该建模思路可用于太赫兹频段非线性电路的优化设计。

一种采用印制线巴伦技术的1kW高功率放大器

介绍了一种P波段1 kW微波脉冲功率放大器。功率合成方式采用印制线巴伦,从理论上简单地分析了这种印制线巴伦功率合成技术,阐述了印制线巴伦的应用,并将其实用化。功率器件采用的是具有高增益特性的功率LDMOS器件,实现了该放大器的高增益设计。这种放大器有效地降低了高功率、高增益放大器的尺寸和成本,功放功率大于900 W,增益大于20 dB,尺寸≤222 mm×82 mm×20 mm。