1THz高次谐波混频器

1THz高次谐波混频器

太赫兹波由于其优越的特性,在各个领域成为研究的焦点。美国“DARPA计划”1.03THz射频放大器的实现使得高速通信看到了曙光。目前,国内太赫兹技术还集中于太赫兹波的较低频段,主要在ITHz以下;而对太赫兹波的较高频段,由于研究环境限制未能触及。

未来高频高速信息传输必然是发展的主流,更高频的太赫兹接收系统也是未来研究的主要课题之一。作为太赫兹接收系统的第一级,混频器的性能影响整个系统的性能,本文主要研究作为太赫兹接收系统的最主要组成部分—混频器。太赫兹混频器主要是将接收到的高频太赫兹信号搬移到低频段进行信号处理。

基波混频器对本振源要求很高,目前,国内没有满足要求的高功率太赫兹波本振源。因此本文根据二极管的非线性特性,利用反向并联二极管对研究高次谐波混频器,本振频率只是射频频率的十分之一,甚至更低,可以很大程度降低对于本振源的需求。本文首先研究了适用于高频太赫兹混频的肖特基二极管,根据肖特基二极管的载流子特性和结构,分别建立二极管非线性肖特基结SPICE参数模型和寄生参数三维等效模型,随后联合仿真二极管非线性特性;其次,根据谐波混频器理论,并根据国内加工工艺水平,优化电路,采用三维电磁仿真和谐波平衡法仿真联合优化电路;最后,根据实验结果,反馈修正二极管模型和电路参数,完成混频器。

混频器联合仿真和实验结果验证了 1THz高次谐波混频器是可行的。十次谐波混频器仿真结果,在1000GHz-1200GHz频率范围内,变频损耗小于40dB,最优频点可以达到22dB。完成优化仿真后,对十次谐波混频器进行实验研究。

十次谐波混频器测试结果,在980GHz-1130GHz频率范围内,混频器都有输出,

最优点可以达到60dB。在十次谐波混频器仿真过程中,发现十次谐波混频器可靠性较低,所以本文为增加混频器的可靠性,还研究了 1THz二十八次谐波混频器。二十八次谐波混频器仿真结果,在1000GHz-1200GHz频率范围内,变频损耗小于50dB,在1060GHz-1140GHz内,变频损耗小于40dB,最优频点可以达到30dB。

本文1THz高次谐波混频器的研究是对太赫兹更高频段应用的探索,可以为

1THz以上太赫兹接收机研究提供参考。本课题由于受国内加工工艺和研究条件的限制,测试结果未能实现更好的结果,还有诸多工作需要后续改进。