太赫茲準(zhǔn)光倍頻器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種太赫茲準(zhǔn)光倍頻器，包括第一隔直電容、濾波器、倍頻天線和準(zhǔn)光器件；所述倍頻天線包括天線和非線性器件；輸入信號(hào)經(jīng)過第一隔直電容、濾波器后加載到倍頻天線上，輸入信號(hào)通過濾波器，輸入信號(hào)的各次諧波分量被濾波器抑制；倍頻天線的非線性器件對(duì)加載到倍頻天線上的輸入信號(hào)產(chǎn)生諧波分量；倍頻天線的天線將所需的輸出信號(hào)輻射出去；準(zhǔn)光器件使輸出信號(hào)具有更好的方向性。本發(fā)明專利技術(shù)的太赫茲準(zhǔn)光倍頻器體積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)空間功率合成，可以實(shí)現(xiàn)高效奇次倍頻器。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及太赫茲波源
，特別是涉及太赫茲準(zhǔn)光倍頻器。
技術(shù)介紹
太赫茲是最后一段被開發(fā)的電磁頻譜。太赫茲輻射的獨(dú)特性能使得太赫茲成像技術(shù)成為當(dāng)今研究熱點(diǎn)之一。太赫茲源一直是太赫茲系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。可以通過真空電子器件產(chǎn)生太赫茲信號(hào)，也可以通過低頻源結(jié)合倍頻器的方式產(chǎn)生本振信號(hào)。低頻源結(jié)合倍頻的太赫茲信號(hào)產(chǎn)生方式是一種比較常見的方式。這種方式相比于真空電子器件源來說，具有體積小、重量輕等優(yōu)勢(shì)；同時(shí)可以通過低頻源的鎖相、調(diào)制等實(shí)現(xiàn)太赫茲信號(hào)的鎖相、調(diào)制等。通常，采用的太赫茲倍頻器是波導(dǎo)基的倍頻器。由于太赫茲頻段波長(zhǎng)小，故波導(dǎo)口等機(jī)械特征尺寸小，不易于加工；另外，不易于采用空間功率合成技術(shù)提高太赫茲信號(hào)功率。若采用單管結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)任意次數(shù)的倍頻，但是這種倍頻拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)效率較低，不適用于奇次倍頻器。另外，傳統(tǒng)的奇次倍頻器中，非線性器件采用反向平行對(duì)管形式。但是，這種結(jié)構(gòu)不能同時(shí)對(duì)非線性器件加載偏置，從而會(huì)損失一部分變頻效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)是鑒于上述問題所提出的，其目的是提出一種準(zhǔn)光倍頻器，體積小，重量輕，易于形成空間功率合成陣列；本專利技術(shù)的另一個(gè)目的是提出一種準(zhǔn)光奇次倍頻器，可以實(shí)現(xiàn)奇次倍頻功能。本專利技術(shù)的另一個(gè)目的是提出一種可偏置準(zhǔn)光奇次倍頻器，可以實(shí)現(xiàn)非線性器件的同時(shí)偏置，具有較高的倍頻效率。根據(jù)本專利技術(shù)第一方面，提供了一種太赫茲準(zhǔn)光倍頻器，包括第一隔直電容、濾波器、倍頻天線和準(zhǔn)光器件；所述倍頻天線包括天線和非線性器件；輸入信號(hào)經(jīng)過第一隔直電容、濾波器后加載到倍頻天線上，輸入信號(hào)通過濾波器，輸入信號(hào)的各次諧波分量被濾波器抑制；倍頻天線的非線性器件對(duì)加載到倍頻天線上的輸入信號(hào)產(chǎn)生諧波分量；倍頻天線的天線將所需的輸出信號(hào)輻射出去；準(zhǔn)光器件使輸出信號(hào)具有更好的方向性。所述太赫茲準(zhǔn)光倍頻器還包括扼流電感；直流信號(hào)經(jīng)過扼流電感加載在倍頻天線上，扼流電感抑制輸入信號(hào)及其各次諧波分量。倍頻天線的非線性器件為太赫茲肖特基二極管；所述天線為平面天線，平面天線的中心頻率為輸出信號(hào)頻率。倍頻天線采用半導(dǎo)體工藝制作，倍頻天線的平面天線和所述肖特基二極管使用同一半絕緣GaAs材料為襯底。所述濾波器為低通濾波器，低通濾波器的截止頻率位于輸入信號(hào)頻率及輸入信號(hào)的二次諧波頻率之間；或者所述濾波器為帶通濾波器，帶通濾波器的中心頻率等于輸入信號(hào)的頻率，抑制頻帶涵蓋輸入信號(hào)的諧波分量頻率。所述的第一隔直電容對(duì)輸入信號(hào)及其各次諧波分量損耗很小，第一隔直電容阻斷直流信號(hào)使直流信號(hào)加載在倍頻天線上。所述準(zhǔn)光器件為高阻介質(zhì)透鏡，倍頻天線位于透鏡的焦點(diǎn)位置；或者所述準(zhǔn)光器件為喇叭型的半開放金屬腔體，倍頻天線位于喇叭型的半開放金屬腔體內(nèi)，喇叭的底面為金屬。所述高阻介質(zhì)透鏡的介質(zhì)材料為高阻硅，倍頻天線緊貼高阻介質(zhì)透鏡的平面。本專利技術(shù)提供了一種200GHz準(zhǔn)光四次倍頻器，50GHz輸入信號(hào)通過K頭饋入，經(jīng)過第一隔直電容、濾波器后進(jìn)入倍頻天線；第一隔直電容為貼片電容，容值47uF ;濾波器為高低阻抗式微帶低通濾波器，截止頻率為60GHz，在110GHz、220GHz附近的抑制度大于25dB ；倍頻天線為GaAs基的單片倍頻天線芯片，倍頻天線的天線采用對(duì)數(shù)周期形式，工作頻段為 180-220GHz ;倍頻天線的一端與地相連；直流信號(hào)經(jīng)過扼流電感加載在倍頻天線上，扼流電感抑制輸入信號(hào)及其各次諧波分量；扼流電感為貼片電感，其感值為IOuH ;高阻硅擴(kuò)展半球透鏡緊貼倍頻天線背面，倍頻天線位于透鏡的焦點(diǎn)位置。根據(jù)本專利技術(shù)第二方面，提供了太赫茲準(zhǔn)光奇次倍頻器，包括第一隔直電容、濾波器、倍頻天線和準(zhǔn)光器件；所述倍頻天線包括天線和非線性器件，所述非線性器件具有對(duì)稱的電流-電壓特性和電容-電壓特性，非線性器件為一對(duì)太赫茲肖特基二極管，所述一對(duì)太赫茲肖特基二極管包括第一肖特基二極管和第二肖特基二極管，第一肖特基二極管的陰極與第二肖特基二極管陽(yáng)極相連，第一肖特基二極管的陽(yáng)極與第二肖特基二極管的陰極相連；輸入信號(hào)經(jīng)過第一隔直電容、濾波器后加載到倍頻天線上，輸入信號(hào)通過濾波器，輸入信號(hào)的各次諧波分量被濾波器抑制；倍頻天線的非線性器件對(duì)加載到倍頻天線上的輸入信號(hào)產(chǎn)生奇次諧波分量；倍頻天線的天線將所需的輸出信號(hào)輻射出去；準(zhǔn)光器件使輸出信號(hào)具有更好的方向性。本專利技術(shù)提供了一種270GHz準(zhǔn)光三次倍頻器，90GHz輸入信號(hào)通過波導(dǎo)-鰭線過渡結(jié)構(gòu)饋入，經(jīng)過第一隔直電容、濾波器進(jìn)入倍頻天線；第一隔直電容為貼片電容，容值47uF ;濾波器為高低阻抗式微帶低通濾波器，截止頻率為IOOGHz，在180GHz、270GHz附近的抑制度大于25dB ;倍頻天線的天線采用蝶形天線形式，工作頻段為260-280GHZ ;倍頻天線的一端與地相連；天線、濾波器、傳輸線均制作在石英基片上；倍頻天線位于喇叭型的半開放金屬腔體內(nèi)，喇叭的底面為金屬，天線距離喇叭腔體的短路面距離為270GHz對(duì)應(yīng)空間波長(zhǎng)的四分之一。本專利技術(shù)提供了一種太赫茲準(zhǔn)光可偏置奇次倍頻器，包括第一隔直電容、濾波器、倍頻天線、準(zhǔn)光器件、第二隔直電容、扼流電感，所述倍頻天線包括天線、非線性器件、電容；所述非線性器件包括第一肖特基二極管和第二肖特基二極管，所述第一肖特基二極管的陰極與第二肖特基二極管的陽(yáng)極相連，第二肖特基二極管的陰極通過電容與第一肖特基二極管的陽(yáng)極相連；輸入信號(hào)經(jīng)過第一隔直電容、濾波器后加載到倍頻天線上，輸入信號(hào)的各次諧波分量被濾波器抑制，非線性器件對(duì)加載到倍頻天線上的輸入信號(hào)產(chǎn)生奇次諧波分量；倍頻天線的天線將所需的輸出信號(hào)輻射出去；準(zhǔn)光器件使輸出信號(hào)具有更好的方向性；直流信號(hào)由直流饋電端饋入，經(jīng)過扼流電感加載到第一肖特基二極管的陽(yáng)極上，第二肖特基二極管的陰極接地形成直流回路；所述倍頻天線的一端與濾波器相連，另一端通過電容接地，從而實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)回路。本專利技術(shù)提供了一種270GHz準(zhǔn)光可偏置三次倍頻器，包括第一隔直電容、濾波器、倍頻天線、準(zhǔn)光器件、第二隔直電容、扼流電感，所述倍頻天線包括天線、非線性器件、電容；所述非線性器件包括第一肖特基二極管和第二肖特基二極管，所述第一肖特基二極管的陰極與第二肖特基二極管的陽(yáng)極相連，第二肖特基二極管的陰極通過電容與第一肖特基二極管的陽(yáng)極相連；90GHz信號(hào)通過波導(dǎo)-鰭線過渡結(jié)構(gòu)饋入，經(jīng)過第一隔直電容、濾波器進(jìn)入倍頻天線；第一隔直電容為貼片電容，容值47uF，輸入信號(hào)的各次諧波分量被濾波器抑制，濾波器為高低阻抗式微帶低通濾波器，截止頻率為IOOGHz，在180GHz、270GHz附近的抑制度大于25dB ;非線性器件對(duì)加載到倍頻天線上的輸入信號(hào)產(chǎn)生奇次諧波分量；倍頻天線的天線將所需的輸出信號(hào)輻射出去，倍頻天線的天線采用蝶形天線形式，工作頻段為260-280GHZ ;準(zhǔn)光器件為喇叭型的半開放金屬腔體，喇叭的底面為金屬，倍頻天線位于喇叭型的半開放金屬腔體內(nèi)，天線距離喇叭型的半開放金屬腔體的短路面距離為270GHz對(duì)應(yīng)空間波長(zhǎng)的四分之一；直流信號(hào)由直流饋電端饋入，經(jīng)過扼流電感加載到第一肖特基二極管的陽(yáng)極上，第二肖特基二極管的陰極接地形成直流回路；所述倍頻天線的一端與濾波器相連，另一端通過電容接地，從而實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)回路；所述天線、濾波器、傳輸線均制作在石 英基片上。本專利技術(shù)的有益效果根據(jù)本專利技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)體積小、重量輕本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種太赫茲準(zhǔn)光倍頻器，包括第一隔直電容、濾波器、倍頻天線和準(zhǔn)光器件；所述倍頻天線包括天線和非線性器件；輸入信號(hào)經(jīng)過第一隔直電容、濾波器后加載到倍頻天線上，輸入信號(hào)通過濾波器，輸入信號(hào)的各次諧波分量被濾波器抑制；倍頻天線的非線性器件對(duì)加載到倍頻天線上的輸入信號(hào)產(chǎn)生諧波分量；倍頻天線的天線將所需的輸出信號(hào)輻射出去；準(zhǔn)光器件使輸出信號(hào)具有更好的方向性。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種太赫茲準(zhǔn)光倍頻器，包括第一隔直電容、濾波器、倍頻天線和準(zhǔn)光器件；所述倍頻天線包括天線和非線性器件；輸入信號(hào)經(jīng)過第一隔直電容、濾波器后加載到倍頻天線上，輸入信號(hào)通過濾波器，輸入信號(hào)的各次諧波分量被濾波器抑制；倍頻天線的非線性器件對(duì)加載到倍頻天線上的輸入信號(hào)產(chǎn)生諧波分量；倍頻天線的天線將所需的輸出信號(hào)輻射出去；準(zhǔn)光器件使輸出信號(hào)具有更好的方向性。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太赫茲準(zhǔn)光倍頻器，其特征在于所述太赫茲準(zhǔn)光倍頻器還包括扼流電感；直流信號(hào)經(jīng)過扼流電感加載在倍頻天線上，扼流電感抑制輸入信號(hào)及其各次諧波分量。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太赫茲準(zhǔn)光倍頻器，其特征在于所述非線性器件為太赫茲肖特基~■極管。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太赫茲準(zhǔn)光倍頻器，其特征在于所述天線為平面天線，平面天線的中心頻率為輸出信號(hào)頻率。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太赫茲準(zhǔn)光倍頻器，其特征在于倍頻天線采用半導(dǎo)體工藝制作，倍頻天線的非線性器件為太赫茲肖特基二極管，太赫茲肖特基二極管以半絕緣GaAs材料￠1)為襯底，在半絕緣GaAs材料￠1)上自下而上依次為重?fù)诫sn+GaAs層(62)，輕摻雜n-GaAs層(63),重?fù)诫sn+GaAs層(62)的濃度為1018cm_3量級(jí)，輕摻雜n_GaAs層(63)的濃度為IO16-IO17cnT3量級(jí)，所摻雜質(zhì)為硅；太赫茲肖特基二極管包括肖特基接觸陽(yáng)極(71)、歐姆接觸陰極(72)、電鍍引線(73)、溝道(74) ;二氧化硅層￠4)形成在輕摻雜n-GaAs層(63)上，在二氧化硅層(64)開有小孔，肖特基接觸陽(yáng)極(71)位于小孔中，肖特基接觸陽(yáng)極(71)與輕摻雜η-型砷化鎵層(63)接觸形成肖特基結(jié)；歐姆接觸陰極(72)形成在重?fù)诫sη+型砷化鎵層(62)上；電鍍引線(73)形成在二氧化硅層(64)和肖特基接觸陽(yáng)極(71)上； 溝道(74)形成在重?fù)诫sn+GaAs層(62)、輕摻雜n-GaAs層(63)和二氧化娃層(64)中，溝道(74)中重?fù)诫sn+GaAs層(62)、輕摻雜n-GaAs層￠3)和二氧化硅層￠4)被除去；溝道(74)的形狀為反錐形，溝道(74)的下表面與半絕緣GaAs材料(61)接觸，溝道(74)的上表面與電鍍引線(73)接觸，溝道(74)的側(cè)面從溝道(74)的下表面相對(duì)于半絕緣GaAs材料￠1)成預(yù)定的角度延伸到上表面，溝道(74)的上表面大于溝道(74)的下表面； 倍頻天線的平面天線與所述肖特基二極管使用同一半絕緣GaAs材料￠1)為襯底。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太赫茲準(zhǔn)光倍頻器，其特征在于所述濾波器為低通濾波器，低通濾波器的截止頻率位于輸入信號(hào)頻率及輸入信號(hào)的二次諧波頻率之間；或者所述濾波器為帶通濾波器，帶通濾波器的中心頻率等于輸入信號(hào)的頻率，抑制頻帶涵蓋輸入信號(hào)的諧波分量頻率。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太赫茲準(zhǔn)光倍頻器，其特征在于所述的第一隔直電容對(duì)輸入信號(hào)及其各次諧波分量損耗很小，第一隔直電容阻斷直流信號(hào)使直流信號(hào)加載在倍頻天線上。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太赫茲準(zhǔn)光倍頻器，其特征在于所述準(zhǔn)光器件為高阻介質(zhì)透鏡，倍頻天線位于高阻介質(zhì)透鏡的焦點(diǎn)位置；或者所述準(zhǔn)光器件為喇叭型的半開放金屬腔體，倍頻天線位于喇叭型的半開放金屬腔體內(nèi)，喇叭的底面為金屬。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太赫茲準(zhǔn)光倍頻器，其特征在于所述高阻介質(zhì)透鏡的介質(zhì)材料為高阻硅，倍頻天線緊貼高阻介質(zhì)透鏡的平面。10.根據(jù)權(quán)利要求2-5、7的任一權(quán)利要求所述的太赫茲準(zhǔn)光倍頻器，其特征在于所述太赫茲準(zhǔn)光倍頻器為200GHz準(zhǔn)光四次倍頻器，50GHz輸入信號(hào)通過K頭饋入，經(jīng)過第一隔直電容、濾波器后進(jìn)入倍頻天線；第一隔直電容為貼片電容，容值47uF ;濾波器為高低阻抗式微帶低通濾波器，截止頻率為60GHz，在I IOGHz、220GHz附近的抑制度大于25dB ;倍頻天線為GaAs基的單片倍頻天線芯片，天線采用對(duì)數(shù)周期形式，工作頻段為180-220GHZ ;倍頻天線的一端與地相連；扼流電感為貼片電感，其感值為IOuH;所述準(zhǔn)光器件為高阻硅擴(kuò)展半球透鏡，倍頻天線位于透鏡的焦點(diǎn)位置，高阻硅擴(kuò)展半球透鏡緊貼倍頻天線背面。11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太赫茲準(zhǔn)光倍頻器，其特征在于所述太赫茲準(zhǔn)光倍頻器為太赫茲準(zhǔn)光奇次倍頻器，所述非線性器件具有對(duì)稱的電流-電壓特性和電容-電壓特性，非線性器件為一對(duì)太赫茲肖特基二極管，非線性器件對(duì)加載到倍頻天線上的輸入信號(hào)產(chǎn)生奇次諧波分量，所述一對(duì)太赫茲肖特基二極管包括第一肖特基二極管和第二肖特基二極管，第一肖特基二極管的陰極與第二肖特基二極管陽(yáng)極相連；第一肖特基二極管的陽(yáng)極與第二肖特基二極管的陰極相連。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的太赫茲準(zhǔn)光倍頻器，其特征在于所述天線為平面天線，平面天線的中心頻率為輸出信號(hào)頻率。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的太赫茲準(zhǔn)光倍頻器，其特征在于所述濾波器為低通濾波器，低通濾波器的截止頻率位于輸入信號(hào)頻率及輸入信號(hào)的二次諧波頻率之間；或者所述濾波器為帶通濾波器，帶通濾波器的中心頻率等于輸入信號(hào)的頻率，抑制頻帶涵蓋輸...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：胡延安，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：胡延安，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：