太赫兹准光倍频器制造技术

本发明专利技术提供了一种太赫兹准光倍频器，包括第一隔直电容、滤波器、倍频天线和准光器件；所述倍频天线包括天线和非线性器件；输入信号经过第一隔直电容、滤波器后加载到倍频天线上，输入信号通过滤波器，输入信号的各次谐波分量被滤波器抑制；倍频天线的非线性器件对加载到倍频天线上的输入信号产生谐波分量；倍频天线的天线将所需的输出信号辐射出去；准光器件使输出信号具有更好的方向性。本发明专利技术的太赫兹准光倍频器体积小、重量轻、易于实现空间功率合成，可以实现高效奇次倍频器。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太赫兹波源
，特别是涉及太赫兹准光倍频器。
技术介绍
太赫兹是最后一段被开发的电磁频谱。太赫兹辐射的独特性能使得太赫兹成像技术成为当今研究热点之一。太赫兹源一直是太赫兹系统的关键部件之一。可以通过真空电子器件产生太赫兹信号，也可以通过低频源结合倍频器的方式产生本振信号。低频源结合倍频的太赫兹信号产生方式是一种比较常见的方式。这种方式相比于真空电子器件源来说，具有体积小、重量轻等优势；同时可以通过低频源的锁相、调制等实现太赫兹信号的锁相、调制等。通常，采用的太赫兹倍频器是波导基的倍频器。由于太赫兹频段波长小，故波导口等机械特征尺寸小，不易于加工；另外，不易于采用空间功率合成技术提高太赫兹信号功率。若采用单管结构，可以实现任意次数的倍频，但是这种倍频拓扑结构效率较低，不适用于奇次倍频器。另外，传统的奇次倍频器中，非线性器件采用反向平行对管形式。但是，这种结构不能同时对非线性器件加载偏置，从而会损失一部分变频效率。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述问题所提出的，其目的是提出一种准光倍频器，体积小，重量轻，易于形成空间功率合成阵列；本专利技术的另一个目的是提出一种准光奇次倍频器，可以实现奇次倍频功能。本专利技术的另一个目的是提出一种可偏置准光奇次倍频器，可以实现非线性器件的同时偏置，具有较高的倍频效率。根据本专利技术第一方面，提供了一种太赫兹准光倍频器，包括第一隔直电容、滤波器、倍频天线和准光器件；所述倍频天线包括天线和非线性器件；输入信号经过第一隔直电容、滤波器后加载到倍频天线上，输入信号通过滤波器，输入信号的各次谐波分量被滤波器抑制；倍频天线的非线性器件对加载到倍频天线上的输入信号产生谐波分量；倍频天线的天线将所需的输出信号辐射出去；准光器件使输出信号具有更好的方向性。所述太赫兹准光倍频器还包括扼流电感；直流信号经过扼流电感加载在倍频天线上，扼流电感抑制输入信号及其各次谐波分量。倍频天线的非线性器件为太赫兹肖特基二极管；所述天线为平面天线，平面天线的中心频率为输出信号频率。倍频天线采用半导体工艺制作，倍频天线的平面天线和所述肖特基二极管使用同一半绝缘GaAs材料为衬底。所述滤波器为低通滤波器，低通滤波器的截止频率位于输入信号频率及输入信号的二次谐波频率之间；或者所述滤波器为带通滤波器，带通滤波器的中心频率等于输入信号的频率，抑制频带涵盖输入信号的谐波分量频率。所述的第一隔直电容对输入信号及其各次谐波分量损耗很小，第一隔直电容阻断直流信号使直流信号加载在倍频天线上。所述准光器件为高阻介质透镜，倍频天线位于透镜的焦点位置；或者所述准光器件为喇叭型的半开放金属腔体，倍频天线位于喇叭型的半开放金属腔体内，喇叭的底面为金属。所述高阻介质透镜的介质材料为高阻硅，倍频天线紧贴高阻介质透镜的平面。本专利技术提供了一种200GHz准光四次倍频器，50GHz输入信号通过K头馈入，经过第一隔直电容、滤波器后进入倍频天线；第一隔直电容为贴片电容，容值47uF ;滤波器为高低阻抗式微带低通滤波器，截止频率为60GHz，在110GHz、220GHz附近的抑制度大于25dB ；倍频天线为GaAs基的单片倍频天线芯片，倍频天线的天线采用对数周期形式，工作频段为 180-220GHz ;倍频天线的一端与地相连；直流信号经过扼流电感加载在倍频天线上，扼流电感抑制输入信号及其各次谐波分量；扼流电感为贴片电感，其感值为IOuH ;高阻硅扩展半球透镜紧贴倍频天线背面，倍频天线位于透镜的焦点位置。根据本专利技术第二方面，提供了太赫兹准光奇次倍频器，包括第一隔直电容、滤波器、倍频天线和准光器件；所述倍频天线包括天线和非线性器件，所述非线性器件具有对称的电流-电压特性和电容-电压特性，非线性器件为一对太赫兹肖特基二极管，所述一对太赫兹肖特基二极管包括第一肖特基二极管和第二肖特基二极管，第一肖特基二极管的阴极与第二肖特基二极管阳极相连，第一肖特基二极管的阳极与第二肖特基二极管的阴极相连；输入信号经过第一隔直电容、滤波器后加载到倍频天线上，输入信号通过滤波器，输入信号的各次谐波分量被滤波器抑制；倍频天线的非线性器件对加载到倍频天线上的输入信号产生奇次谐波分量；倍频天线的天线将所需的输出信号辐射出去；准光器件使输出信号具有更好的方向性。本专利技术提供了一种270GHz准光三次倍频器，90GHz输入信号通过波导-鳍线过渡结构馈入，经过第一隔直电容、滤波器进入倍频天线；第一隔直电容为贴片电容，容值47uF ;滤波器为高低阻抗式微带低通滤波器，截止频率为IOOGHz，在180GHz、270GHz附近的抑制度大于25dB ;倍频天线的天线采用蝶形天线形式，工作频段为260-280GHZ ;倍频天线的一端与地相连；天线、滤波器、传输线均制作在石英基片上；倍频天线位于喇叭型的半开放金属腔体内，喇叭的底面为金属，天线距离喇叭腔体的短路面距离为270GHz对应空间波长的四分之一。本专利技术提供了一种太赫兹准光可偏置奇次倍频器，包括第一隔直电容、滤波器、倍频天线、准光器件、第二隔直电容、扼流电感，所述倍频天线包括天线、非线性器件、电容；所述非线性器件包括第一肖特基二极管和第二肖特基二极管，所述第一肖特基二极管的阴极与第二肖特基二极管的阳极相连，第二肖特基二极管的阴极通过电容与第一肖特基二极管的阳极相连；输入信号经过第一隔直电容、滤波器后加载到倍频天线上，输入信号的各次谐波分量被滤波器抑制，非线性器件对加载到倍频天线上的输入信号产生奇次谐波分量；倍频天线的天线将所需的输出信号辐射出去；准光器件使输出信号具有更好的方向性；直流信号由直流馈电端馈入，经过扼流电感加载到第一肖特基二极管的阳极上，第二肖特基二极管的阴极接地形成直流回路；所述倍频天线的一端与滤波器相连，另一端通过电容接地，从而实现射频信号回路。本专利技术提供了一种270GHz准光可偏置三次倍频器，包括第一隔直电容、滤波器、倍频天线、准光器件、第二隔直电容、扼流电感，所述倍频天线包括天线、非线性器件、电容；所述非线性器件包括第一肖特基二极管和第二肖特基二极管，所述第一肖特基二极管的阴极与第二肖特基二极管的阳极相连，第二肖特基二极管的阴极通过电容与第一肖特基二极管的阳极相连；90GHz信号通过波导-鳍线过渡结构馈入，经过第一隔直电容、滤波器进入倍频天线；第一隔直电容为贴片电容，容值47uF，输入信号的各次谐波分量被滤波器抑制，滤波器为高低阻抗式微带低通滤波器，截止频率为IOOGHz，在180GHz、270GHz附近的抑制度大于25dB ;非线性器件对加载到倍频天线上的输入信号产生奇次谐波分量；倍频天线的天线将所需的输出信号辐射出去，倍频天线的天线采用蝶形天线形式，工作频段为260-280GHZ ;准光器件为喇叭型的半开放金属腔体，喇叭的底面为金属，倍频天线位于喇叭型的半开放金属腔体内，天线距离喇叭型的半开放金属腔体的短路面距离为270GHz对应空间波长的四分之一；直流信号由直流馈电端馈入，经过扼流电感加载到第一肖特基二极管的阳极上，第二肖特基二极管的阴极接地形成直流回路；所述倍频天线的一端与滤波器相连，另一端通过电容接地，从而实现射频信号回路；所述天线、滤波器、传输线均制作在石 英基片上。本专利技术的有益效果根据本专利技术，可以实现体积小、重量轻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太赫兹准光倍频器，包括第一隔直电容、滤波器、倍频天线和准光器件；所述倍频天线包括天线和非线性器件；输入信号经过第一隔直电容、滤波器后加载到倍频天线上，输入信号通过滤波器，输入信号的各次谐波分量被滤波器抑制；倍频天线的非线性器件对加载到倍频天线上的输入信号产生谐波分量；倍频天线的天线将所需的输出信号辐射出去；准光器件使输出信号具有更好的方向性。

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹准光倍频器，包括第一隔直电容、滤波器、倍频天线和准光器件；所述倍频天线包括天线和非线性器件；输入信号经过第一隔直电容、滤波器后加载到倍频天线上，输入信号通过滤波器，输入信号的各次谐波分量被滤波器抑制；倍频天线的非线性器件对加载到倍频天线上的输入信号产生谐波分量；倍频天线的天线将所需的输出信号辐射出去；准光器件使输出信号具有更好的方向性。2.根据权利要求I所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述太赫兹准光倍频器还包括扼流电感；直流信号经过扼流电感加载在倍频天线上，扼流电感抑制输入信号及其各次谐波分量。3.根据权利要求2所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述非线性器件为太赫兹肖特基~■极管。4.根据权利要求2所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述天线为平面天线，平面天线的中心频率为输出信号频率。5.根据权利要求4所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于倍频天线采用半导体工艺制作，倍频天线的非线性器件为太赫兹肖特基二极管，太赫兹肖特基二极管以半绝缘GaAs材料￠1)为衬底，在半绝缘GaAs材料￠1)上自下而上依次为重掺杂n+GaAs层(62)，轻掺杂n-GaAs层(63),重掺杂n+GaAs层(62)的浓度为1018cm_3量级，轻掺杂n_GaAs层(63)的浓度为IO16-IO17cnT3量级，所掺杂质为硅；太赫兹肖特基二极管包括肖特基接触阳极(71)、欧姆接触阴极(72)、电镀引线(73)、沟道(74) ;二氧化硅层￠4)形成在轻掺杂n-GaAs层(63)上，在二氧化硅层(64)开有小孔，肖特基接触阳极(71)位于小孔中，肖特基接触阳极(71)与轻掺杂η-型砷化镓层(63)接触形成肖特基结；欧姆接触阴极(72)形成在重掺杂η+型砷化镓层(62)上；电镀引线(73)形成在二氧化硅层(64)和肖特基接触阳极(71)上； 沟道(74)形成在重掺杂n+GaAs层(62)、轻掺杂n-GaAs层(63)和二氧化娃层(64)中，沟道(74)中重掺杂n+GaAs层(62)、轻掺杂n-GaAs层￠3)和二氧化硅层￠4)被除去；沟道(74)的形状为反锥形，沟道(74)的下表面与半绝缘GaAs材料(61)接触，沟道(74)的上表面与电镀引线(73)接触，沟道(74)的侧面从沟道(74)的下表面相对于半绝缘GaAs材料￠1)成预定的角度延伸到上表面，沟道(74)的上表面大于沟道(74)的下表面； 倍频天线的平面天线与所述肖特基二极管使用同一半绝缘GaAs材料￠1)为衬底。6.根据权利要求2所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述滤波器为低通滤波器，低通滤波器的截止频率位于输入信号频率及输入信号的二次谐波频率之间；或者所述滤波器为带通滤波器，带通滤波器的中心频率等于输入信号的频率，抑制频带涵盖输入信号的谐波分量频率。7.根据权利要求2所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述的第一隔直电容对输入信号及其各次谐波分量损耗很小，第一隔直电容阻断直流信号使直流信号加载在倍频天线上。8.根据权利要求2所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述准光器件为高阻介质透镜，倍频天线位于高阻介质透镜的焦点位置；或者所述准光器件为喇叭型的半开放金属腔体，倍频天线位于喇叭型的半开放金属腔体内，喇叭的底面为金属。9.根据权利要求8所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述高阻介质透镜的介质材料为高阻硅，倍频天线紧贴高阻介质透镜的平面。10.根据权利要求2-5、7的任一权利要求所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述太赫兹准光倍频器为200GHz准光四次倍频器，50GHz输入信号通过K头馈入，经过第一隔直电容、滤波器后进入倍频天线；第一隔直电容为贴片电容，容值47uF ;滤波器为高低阻抗式微带低通滤波器，截止频率为60GHz，在I IOGHz、220GHz附近的抑制度大于25dB ;倍频天线为GaAs基的单片倍频天线芯片，天线采用对数周期形式，工作频段为180-220GHZ ;倍频天线的一端与地相连；扼流电感为贴片电感，其感值为IOuH;所述准光器件为高阻硅扩展半球透镜，倍频天线位于透镜的焦点位置，高阻硅扩展半球透镜紧贴倍频天线背面。11.根据权利要求I所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述太赫兹准光倍频器为太赫兹准光奇次倍频器，所述非线性器件具有对称的电流-电压特性和电容-电压特性，非线性器件为一对太赫兹肖特基二极管，非线性器件对加载到倍频天线上的输入信号产生奇次谐波分量，所述一对太赫兹肖特基二极管包括第一肖特基二极管和第二肖特基二极管，第一肖特基二极管的阴极与第二肖特基二极管阳极相连；第一肖特基二极管的阳极与第二肖特基二极管的阴极相连。12.根据权利要求11所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述天线为平面天线，平面天线的中心频率为输出信号频率。13.根据权利要求11所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述滤波器为低通滤波器，低通滤波器的截止频率位于输入信号频率及输入信号的二次谐波频率之间；或者所述滤波器为带通滤波器，带通滤波器的中心频率等于输入信号的频率，抑制频带涵盖输...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡延安，
申请(专利权)人：胡延安，
类型：发明
国别省市：