发射器和接收器制造技术

一种RF发射器，包括：光源，该光源被配置为产生由RF载波频率分开的一对光线。发射器可以包括：石墨烯光电检测器，具有至少两个电接触部；发射天线，耦接到第一电接触部；以及电数据信号输入，连接到第二电接触部。石墨烯光电检测器由光源照射；它可以包括石墨烯光热效应(PTE)光电检测器或辐射热光电检测器。还描述了相应的接收器。了相应的接收器。了相应的接收器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】发射器和接收器


[0001]本专利技术总体上涉及用于高频例如毫米波、亚毫米波和太赫兹频率的RF发射器和接收器。在本说明书中，RF(射频)包括毫米波、亚毫米波和太赫兹频率。
[0002]导致此申请的项目已根据第649953号赠款协议获得了欧盟地平线2020研究和创新计划的资助。

技术介绍

[0003]预计未来几年电信服务需要增加带宽，预计到2020年每个用户的数据流量将超过500Mb/s。可以使用光纤或无线来实现高速通信链接。在城市环境中，无线链接是优选的，因为易于无处不在的部署和较低的安装成本。
[0004]然而，为了允许与光纤相媲美的数据速率，未来的无线通信不能使用与当今使用的系统相同的相对较低的载频来实现，这些系统最多使用几个GHz的载频，没有为传输速率留出空间超过几Mb/s。较大的传输速率需要上移载波频率。毫米波，即频率范围在30至300GHz之间的电磁波，是下一代无线系统的候选。在这个广泛的频率范围内，由于大气吸收相对较小，一些频段特别适合电信。这些频段中的一些以35、90、140和220GHz为中心，但根据应用，载波频率可能会超过220GHz，直至太赫兹(THz)范围。
[0005]现有的电子半导体器件具有数十千兆赫兹的可用上限频率。更高的频率将需要新技术，例如支持更高的数据速率。
[0006]图1——来自G.Ducournau等人，“使用1.55mm THz光混频器和200GHz外差检测的光供电Gbit/s无线热点”，Electron.Lett，46(2010)——展示了使用200GHz载波频率用于传输数据流的实验。
[0007]两个分布式反馈(DFB)1.55mm激光器用于产生频率分离为200GHz的双波长信号。双波长信号通过10GHz带宽集成Mach
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Zehnder调制器(MZM)进行幅度调制。在调制阶段之后，信号被掺铒光纤放大器(EDFA)放大并分成两条路径：一个用于波长计，另一个用于馈送InGaAs/InP UTC
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PD(单程载流子光电二极管)。UTC
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PD产生的信号馈送到传输天线(图2中的TEM
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HA)。在接收器处，200GHz信号首先在次谐波混频器(SHM)中混频。馈送次谐波混频器的本地振荡器(LO)是后跟x6有源乘法器的15.762GHz微波合成器。中频(IF)等于10.3GHz，因此获得10.3GHz幅移键控(ASK)调制信号。最后，该IF信号被放大(50dB)并由基于低势垒肖特基二极管的包络检测器检测。
[0008]将描述对该技术的一些改进。在WO2018/060705；CN109375390A；和CN108232462A中描述了
技术介绍
。

技术实现思路

[0009]本专利技术在权利要求中陈述。
[0010]因此，在一个方面，描述了一种RF数据发射器，该RF数据发射器包括光源，该光源被配置为产生由RF载波频率分开的一对光线。发射器还包括：光电检测器，包括石墨烯层；
光电检测器可以是石墨烯光热效应(PTE)光电检测器或辐射热检测器。在实施方式中，石墨烯光电检测器具有至少两个电接触部。发射天线可以电耦接到电接触部中的第一电接触部(特别是输出)。电数据信号输入可以连接到电接触部中的第二电接触部(特别是输入)。发射天线可以通过电放大器耦接到电接触部中的第一电接触部。光电检测器的石墨烯层被光源照亮。
[0011]在一些实施方式中，但不是本质上，石墨烯光电检测器包括与光波导相邻的石墨烯层。石墨烯光电检测器可以在波导的中心的任一侧的点处具有到石墨烯层的电接触部。电放大器可以包括宽带低噪声电放大器。电放大器的输入可以耦接到电接触部中的第一电接触部；电放大器的输出可以耦接到发射天线。
[0012]RF数据发射器可以包括承载波导和发射天线以及电放大器(如果存在)的介电衬底。石墨烯层可以覆盖在波导上。第一电接触部可以将石墨烯层连接到发射天线的输入馈送部。介电衬底可以支撑在半导体上，例如，二氧化硅衬底。
[0013]从广义上讲，可以配置石墨烯光热效应(PTE)光电检测器，例如通过石墨烯层的掺杂和/或偏置，使得其通过局部加热(由光引起)和塞贝克效应产生电压。辐射热石墨烯检测器可以被配置为使得局部加热(由光引起)调制光电检测器的电阻，例如通过层的电阻的温度系数(TCR)。在这两种情况下，发射天线的输出都可以耦接到石墨烯层。
[0014]当配置为PTE光电检测器时，信号输入可以连接到器件的栅电极；这可以至少部分地位于波导(或其他光入射区域)上方。到石墨烯层(即第三光电检测器电极)的第二连接可以提供参考连接，例如接地连接。可选地，可以提供第二栅电极以偏置石墨烯层；这可以接地或连接到直流电压电平。可选地，例如通过偏置系统可以施加偏置电压到第一栅电极。
[0015]当被配置为辐射热光电检测器时，信号输入可以连接到石墨烯层，例如使得到石墨烯层的第一连接和第二连接位于波导(或其他光入射区域)的相对侧。在后一种情况下，光可以调制两个连接之间的电阻。在提供半导体衬底的情况下，这可以用作参考，例如辐射热光电检测器的偏置连接，但这不是必需的。同样，这种偏置连接可以接地或连接到来自偏置系统的直流电压电平。
[0016]因此，在一些实施方式中，发射器包括石墨烯光热效应(PTE)光电检测器，其具有两个光电检测器接触部以输出PTE产生的电压并且具有至少一个栅电极。发射器还可以包括可以耦接到光电检测接触部中的至少一个的发射天线。发射器还包括可以连接到至少一个栅电极的电数据信号输入。发射器可以被配置为使得石墨烯光电检测器(特别是石墨烯PTE光电检测器)被光源照亮。
[0017]在实施方式中，上述类型的发射器能够以高于10GHz和或高于100GHz的RF载波频率进行发射，例如高达几个THz，部分由良好的电子传输特性促进，但也由促进低噪音和高效率的PTE操作模式促进。
[0018]在一些基于PTE的实施方式中，至少一个栅电极被偏置以在石墨烯光热效应光电检测器的石墨烯层中产生塞贝克效应。偏置可由耦接到至少一个栅电极的偏置电压发生器提供。在一些实施方式中，采用两个栅电极，但根据偏置配置，可选地，光电检测器接触部中的一个也可以用作栅电极的反电极。偏置可以在石墨烯层的与波导相邻的区域中产生p
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n结。更具体地，该区域可以位于消逝波的来自波导的区域中。
[0019]在PTE和辐射热两种实施方式中，石墨烯层可以包括单层或多层石墨烯；石墨烯可
以被化学掺杂。石墨烯层可以位于与耦接到光源的光波导相邻的位置，特别是在波导的消逝波区域中。因此，石墨烯层可以位于波导之上、之下或夹在波导内。
[0020]光电检测器接触部可以包括在波导的任一侧的点处与石墨烯的电接触，即横向于波导的中心的任一侧。
[0021]在PTE的实施方式中，石墨烯光热效应光电检测器可以包括两个栅电极，一个到波导的中心的任一侧边。因此，由偏置形成的p
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种RF数据发射器，包括：光源，被配置为产生由RF载波频率分开的一对光线；光电检测器，包括石墨烯层并具有至少两个电接触部；发射天线，耦接到所述电接触部中的第一电接触部，特别是通过电放大器进行耦接；以及电数据信号输入，连接到所述电接触部中的第二电接触部；其中，所述光电检测器的石墨烯层被所述光源照射。2.根据权利要求1所述的RF数据发射器，包括光波导，其中，所述石墨烯层与所述光波导相邻。3.根据权利要求1或2所述的RF数据发射器，其中，所述光电检测器在所述波导的中心的任一侧的点处具有到所述石墨烯层的电接触部。4.根据权利要求2或3所述的RF数据发射器，包括承载所述波导和所述发射天线的介电衬底，其中，所述石墨烯层覆盖所述波导，并且其中，所述电接触部中的第一电接触部被配置为将所述石墨烯层耦接到所述发射天线的输入馈送部，特别是通过所述电放大器进行耦接。5.根据前述权利要求中任一项所述的RF数据发射器，其中，所述光电检测器是光热效应PTE光电检测器，并且其中，所述电接触部中的第一电接触部输出PTE产生的电压；其中，所述光热效应光电检测器具有至少一个栅电极，并且其中，所述电接触部中的第二电接触部连接到所述至少一个栅电极，使得所述电数据信号输入耦接到所述至少一个栅电极。6.根据权利要求5在引用权利要求3时所述的RF数据发射器，其中，在所述波导的中心的任一侧的点处的电接触部包括所述电接触部中的第一电接触部和第三电接触部。7.跟权利要求5或6所述的RF数据发射器，还包括偏置电压发生器，所述偏置电压发生器耦接到所述至少一个栅电极以偏置所述光热效应光电检测器，以在所述光热效应光电检测器的石墨烯层中产生塞贝克效应。8.根据权利要求5、6或7所述的RF数据发射器，其中，所述光热效应光电检测器包括：分别位于所述波导的中心的任一侧且与所述石墨烯层相邻但与所述石墨烯层绝缘的两个栅电极。9.根据权利要求5至8中任一项所述的RF数据发射器，还包括在所述石墨烯层上方的绝缘层，其中，所述至少一个栅电极设置在所述绝缘层上方。10.根据权利要求1至4中任一项所述的RF数据发射器，其中，所述光电检测器包括辐射热光电检测器。11.根据权利要求10在引用权利要求3时所述的RF数据发射器，其中，在所述波导的中心的任一侧的点处与所述石墨烯层接触的电接触部包括所述电接触部中的第一电接触部和第二电接触部。12.根据权利要求10或11所述的RF数据发射器，其中，所述辐射热光电检测器被支撑在半导体衬底上，并且还包括偏置系统以偏置所述电数据信号输入和所述半导体衬底中的一者或两者。13.一种使用RF信号来传输数据的方法，包括：用光照射光电检测器的石墨烯层，所述光包括由RF载波频率分开的一对光线；
使用石墨烯光电检测器将所述光转换为RF载波频率的电信号；从所述光电检测器的输出电极提供电信号，其中，所述输出电极电耦接到所述石墨烯层；以及通过将包括用于传输的数据在内的调制电信号施加到所述光电检测器的第二电极来调制所述光电检测器的操作。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述光电检测器包括具有至少一个栅电极的光热效应PTE光电检测器，所述方法还包括：偏置所述至少一个栅电极以在所述石墨烯层中提供塞贝克效应、以从所述输出电极产生所述电信号，并且将所述调制电信号施加到所述至少一个栅电极。15.根据权利要求13所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德里亚，
申请(专利权)人：国家大学间电信联盟，
类型：发明
国别省市：