星载220 GHz分谐波混频器设计

为满足星载辐射计系统应用,提出了一款220 GHz次谐波混频器。基于平面GaAs肖特基二极管3D电磁模型,混频器电路和结构优化设计采用HFSS和ADS联合仿真实现。通过在50μm厚的石英基板上倒装反向并联二极管对以及采用纳米银胶将基板粘接在硅铝波导腔的工艺方式,设计并加工实现了一款210~240 GHz分谐波混频器,单边带最小变频损耗仿真结果为7.33 dB,实测变频损耗优于9.6 dB。按照某卫星规定的各项环境试验条件验证其在不同环境条件下的性能,结果证明该混频器试验前后一致性较好。

基于太赫兹单片集成电路的560 GHz次谐波混频器设计

基于太赫兹单片集成技术,设计并加工了一款560 GHz次谐波混频器。建立了二极管的三维电磁模型进行全波仿真,并结合二极管SPICE参数模型,获得了包括寄生参数和本征参数的二极管完整模型。基于半分部−半整体设计法对电路进行了仿真优化,既具有灵活性,电路整体尺寸也较小。整体电路设计在3μm厚的GaAs薄膜上,有效地抑制了高次模的传输,同时降低传输损耗。通过铺大面积的梁氏引线提供足够的应力支撑,提高电路的稳定性。实验结果表明:本振驱动功率3 mW下,混频器在520~600 GHz射频范围内变频损耗小于11 dB。

基于平面肖特基二极管的220GHz~330GHz分谐波混频器

为了满足太赫兹仪器仪表、被动成像、高速通信等系统对宽带谐波混频器的需求,基于平面肖特基二极管在25um厚的GaAs基片上研制了工作频率可覆盖标准矩形波导WR-3.4主模工作频段(220GHz~330GHz)的太赫兹宽带分谐波混频器。文章对二极管结构进行了改进,采用“T栅”结构实现了低寄生阳极结,改善了肖特基二极管寄生特性,提升了二极管性能。利用单片集成技术实现了二极管与无源电路的微米级对准,保证了宽带分谐波混频器的实现精度。实测结果显示,分谐波混频器在220GHz~330GHz范围内单边带变频损耗小于12dB,中频工作带宽可达35GHz(变频损耗小于12dB),1dB压缩点在-4dBm附近。文章同时进行了多个分谐波混频器样品测试,测试结果的一致性验证了该技术方案工程化应用的潜力。

基于InP HEMT的太赫兹分谐波混频器芯片设计

基于70 nm InP高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,研制了一款175~205 GHz分谐波混频器太赫兹单片集成电路(TMIC)。使用三线耦合Marchand巴伦实现本振信号的平衡-不平衡转换。在射频端口设计了紧凑型耦合线结构的带通滤波器,实现对射频信号低损耗带通传输的同时缩小了芯片尺寸。测试结果表明混频器在175~205 GHz频率范围内,单边带(SSB)变频损耗小于15 dB,典型值14 dB。混频器中频频带为DC~25 GHz,射频端口对本振二次谐波信号的隔离度大于20 dB。芯片尺寸为1.40 mm×0.97 mm,能够与相同工艺的功率放大器、低噪声放大器实现片上集成,从而满足太赫兹通信等不同领域的应用需求。

基于谐波混频的X波段频率源设计

为实现高分辨率、低相位噪声、高杂散抑制、小体积、低成本的X波段频率源,同时解决传统锁相环频率合成频率分辨率低和直接数字式频率合成输出频率低的问题,提出了一种基于谐波混频和小步进锁相环改善相位噪声和频率分辨率的X波段频率源设计方法,采用了谐波混频输出粗步进射频信号与HMC830LP6GE锁相环输出细步进混频环的构架,降低模块的鉴相比并固定为1:1。实现了X波段频率源输出频率范围为8 GHz~12 GHz,幅度大于13 dBm,模块频率步进为1 MHz,杂散抑制优于60 dBc的特性,且相位噪声优于-115 dBc/Hz@10 kHz。该频率源具有跳频步进小、体积小、杂散低、相位噪声低等诸多优点,能够适用于各种需要小型化、低相位噪声、低杂散X波段频率源的应用场景。

基于Schottky二极管和Hammer-Head滤波器0.67THz二次谐波混频器

通过测量肖特基二极管的I-V和C-V曲线,建立等效电路模型.利用三维电磁场和谐波平衡仿真工具分别进行三维结构仿真和电路宽带匹配,最终实现混合集成方式的0.67THz谐波混频器设计.测试结果表明：混频器中心频率为0.685 THz,射频3 dB带宽为47 GHz,双边带变频损耗13.1~16 dB,在685 GHz双边带噪声温度最低值为11500 K.

基于二极管3D精确模型的0.42 THz分谐波混频器

基于电子科技大学与中国电子科技集团第十三研究所自主联合设计的肖特基二极管研制宽带360~440 GHz分谐波混频器。详细描述二极管建模,以模拟在极高频复杂电磁环境中由于二极管结构引入的相关寄生效应.在软件HFSS与ADS中,通过场与路结合的方法对分谐波混频器进行优化.实测结果显示在本振信号为210 GHz本振功率6 d Bm的驱动下,在406 GHz可得到最小变频损耗9.99 d B,在380~430 GHz范围内,变频损耗小于15 d B,在360~440 GHz范围内,变频损耗小于19 d B.

基于肖特基二极管的450 GHz二次谐波混频器

为了在亚毫米波波段进行遥感探测,研制了450GHz的二次谐波混频器.混频器的核心部件是一对反向并联的肖特基二极管,长度为74μm,截止频率高达8THz.在石英基片上搭建悬置微带的匹配电路,并采用一分为二的金属腔体.在二极管的仿真中获得二极管管芯的输入阻抗,然后考虑二极管的封装、匹配电路,仿真得到混频器的单边带变频损耗为8.0dB,所需本振功率为4mW.测试表明,本混频器的单边带变频损耗的最佳值为14.0dB,433~451GHz之间的损耗小于17.0dB,3dB带宽为18GHz,所需的本振功率为5mW.

220 GHz分谐波混频器研究

频率在0.1～10 THz范围内的太赫兹电磁波,因其所具有的特殊性质近年来受到了广泛的关注。该文介绍了一种太赫兹频段内220 GHz基于肖特基势垒二极管的分谐波混频器设计。利用CAD技术对反向并联二极管对的阻抗频率特性进行分析,并在该基础上通过HFSS和ADS软件的联合仿真,对混频器性能进行优化。最后,对该混频器进行加工和测试,结果表明,在210～230 GHz频带范围内,变频损耗小于10 dB。

基于石英基片的二毫米波段二次谐波混频器设计和研制

介绍了一种基于石英基片的2mm波段二次谐波混频器.阐述了谐波混频器的基本原理,建立了混频二极管对结构的高频模型,并用全波分析软件对整个电路进行了仿真优化.实测得到射频信号在116～120GHz范围内,当本振频率为59GHz、功率为7～14dBm时,最低变频损耗为17dB,最高变频损耗为20dB.混频器的P1dB为1dBm,各端口隔离度均优于20dB.研制的集成2mm波段二次谐波混频器实测结果与设计结果吻合较好.

基于微带线的W波段二次分谐波混频器设计

采用微带混合集成电路技术设计了一款W波段二次分谐波混频器.通过分析二级管封装结构引入的寄生参量,提出了一种减小二级管并联寄生电容的方法.为了避免在W波段使用传统分谐波混频器中普遍使用的过孔接地及侧边平行耦合微带线带通滤波器,提出了一种改进型分谐波混频器结构.测试结果表明混频器在本振频率为45 GHz,中频频率为2.4 GHz时单边带变频损耗最小,最小值为8 dB.射频频率在90～100 GHz测试频率范围内,变频损耗的测量值小于10.5 dB.

三毫米波段二次谐波混频器

采用微带结构研制出三毫米波段二次谐波混频器.该混频器核心器件采用型号为MS8251的GaAs梁式引线肖特基势垒二极管对.根据二次谐波混频器对本振、射频和中频网络的要求,先用谐波平衡法分析出反向并联二极管对在本振信号单独激励下的大信号阻抗,由此设计出本振网络;然后模拟出该器件在大信号本振激励下的小信号射频输入阻抗,并由此设计出射频网络.还设计了三毫米波波导到微带过渡转换,整个电路设计和安装在介电常数为2.22,厚度为0.127 mm的RT/Duroid 5880基片上.当本振频率为46.3 GHz时,该混频器射频输入90～95 GHz,实测带内变频损耗小于15 dB.

330 GHz砷化镓单片集成分谐波混频器

在太赫兹频段,二极管尺寸与波长相比已不能忽略,二极管的封装会引入很大的寄生参量,因此需建立二极管三维模型提取寄生参数.同时人工装配难度增大,会增加电路不确定性.采用12μm砷化镓单片集成悬置微带线结构,基于电子科技大学与中国电子科技集团第十三研究所自主联合设计的肖特基二极管研制330 GHz砷化镓单片集成分谐波混频器.实测结果显示在5 mW本振功率的驱动下,在328 GHz可得到最小变频损耗10.4 dB,在320~340 GHz范围内,单边带变频损耗小于14.7 dB.

Y波段固态谐波混频器研究

为了进一步降低太赫兹接收机的噪声,介绍了基于平面肖特基二极管实现低噪声太赫兹谐波混频器的方法。在建立肖特基二极管较为精确的三维模型和电气模型的前提下,引入紧凑型hammer-head滤波器结构,同时结合低损耗石英固态电路混合集成的方法,研制了220 GHz和250 GHz太赫兹谐波混频器。测试表明：220 GHz混频器在205~235 GHz工作范围内最低双边带变频损耗小于6.5 d B,最低噪声温度小于650 K,250 GHz混频器在230~270 GHz工作范围内最低双边带变频损耗小于6.5 d B,最低噪声温度小于900 K。

基于混合电路模型的亚毫米波谐波混频器的实现

针对亚毫米波频段混频二极管管对模型获取困难的问题,提出了利用全波电磁场分析算法提取管对无源结构参数,并与管对直流电流-电压特性参数结合获取混合电路等效模型的建模方法.分析了谐波混频器原理,设计并实现了一个工作于2mm波段的二次谐波混频器.测试结果显示在116～120GHz频率范围内,其变频损耗小于20dB,与仿真数据基本吻合,证明本文提出的混合电路建模方法及所提取模型的有效性.

基于谐波混频技术的宽带频综的设计

基于谐波混频器的启发,结合一些相关文档资料的成果,提出了谐波混频的宽带频率合成方式。通过对谐波混频原理进行明确的分析,将谐波混频与频率合成进行了实践性的结合,给出了一种宽带小步进低相位噪声频率综合器的实现方案,并对综合器的相位噪声和杂散抑制指标进行了理论分析。试验证明,基于谐波混频技术的综合器具有优异的相位噪声和杂散抑制性能。对宽带低相位噪声频综的设计具有一定的借鉴意义。

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。

三毫米波亚谐波混频器研制

采用鳍线结构研制出三毫米波亚谐波混频器。混频的核心元件是反向并联的GaAs梁式引线肖特基势垒二极管对。根据亚谐波混频器对本振、射频和中频网络的要求,先用谐波平衡法分析出反向并联二极管对在本振信号单独激励下的大信号阻抗,由此设计出本振网络。然后模拟出该器件在大信号本振激励下的小信号射频输入阻抗,并由此设计出射频网络。中频网络采用微带线结构实现。该混频器工作在射频92-96GHz,中频8-12GHz,实测带内变频损耗小于19.1dB。

金迁移诱致谐波混频器失效分析研究

对用于某下变频器模块中的HMC264型谐波混频器开展了失效分析研究。结果表明,混频器增益下降、电流增大是由于混频器芯片表面产生金迁移并将相邻金属化条跨接所致。混频器芯片表面产生金属迁移是因为芯片表面有液体聚集现象存在,加电使用过程中,金属化层材料Au在电场及残留液体共同作用下发生迁移所致。借助扫描电镜对电迁移形貌及元素成分进行了分析,并对电迁移相关的失效机理进行了讨论,最后对预防电迁移所导致的失效提出了预防和改进措施。

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。