專利名稱：太赫茲準光倍頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太赫茲波源技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及太赫茲準光倍頻器。
背景技術(shù)：
太赫茲是最后一段被開發(fā)的電磁頻譜。太赫茲輻射的獨特性能使得太赫茲成像技術(shù)成為當今研究熱點之一。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，也可以通過低頻源結(jié)合倍頻器的方式產(chǎn)生本振信號。低頻源結(jié)合倍頻的太赫茲信號產(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；同時可以通過低頻源的鎖相、調(diào)制等實現(xiàn)太赫茲信號的鎖相、調(diào)制等。通常，采用的太赫茲倍頻器是波導基的倍頻器。由于太赫茲頻段波長小，故波導口等機械特征尺寸小，不易于加工；另外，不易于采用空間功率合成技術(shù)提高太赫茲信號功率。若采用單管結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)任意次數(shù)的倍頻，但是這種倍頻拓撲結(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管形式。但是，這種結(jié)構(gòu)不能同時對非線性器件加載偏置，從而會損失一部分變頻效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題所提出的，其目的是提出一種準光倍頻器，體積小，重量輕，易于形成空間功率合成陣列；本發(fā)明的另一個目的是提出一種準光奇次倍頻器，可以實現(xiàn)奇次倍頻功能。本發(fā)明的另一個目的是提出一種可偏置準光奇次倍頻器，可以實現(xiàn)非線性器件的同時偏置，具有較高的倍頻效率。根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供了一種太赫茲準光倍頻器，包括第一隔直電容、濾波器、倍頻天線和準光器件；所述倍頻天線包括天線和非線性器件；輸入信號經(jīng)過第一隔直電容、濾波器后加載到倍頻天線上，輸入信號通過濾波器，輸入信號的各次諧波分量被濾波器抑制；倍頻天線的非線性器件對加載到倍頻天線上的輸入信號產(chǎn)生諧波分量；倍頻天線的天線將所需的輸出信號輻射出去；準光器件使輸出信號具有更好的方向性。所述太赫茲準光倍頻器還包括扼流電感；直流信號經(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頻率。倍頻天線采用半導體工藝制作，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頻率及輸入信號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的頻率，抑制頻帶涵蓋輸入信號的諧波分量頻率。所述的第一隔直電容對輸入信號及其各次諧波分量損耗很小，第一隔直電容阻斷直流信號使直流信號加載在倍頻天線上。所述準光器件為高阻介質(zhì)透鏡，倍頻天線位于透鏡的焦點位置；或者所述準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。本發(fā)明提供了一種200GHz準光四次倍頻器，50GHz輸入信號通過K頭饋入，經(jīng)過第一隔直電容、濾波器后進入倍頻天線；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 ;高阻硅擴展半球透鏡緊貼倍頻天線背面，倍頻天線位于透鏡的焦點位置。根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供了太赫茲準光奇次倍頻器，包括第一隔直電容、濾波器、倍頻天線和準光器件；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稱的電流-電壓特性和電容-電壓特性，非線性器件為一對太赫茲肖特基二極管，所述一對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極相連，第一肖特基二極管的陽極與第二肖特基二極管的陰極相連；輸入信號經(jīng)過第一隔直電容、濾波器后加載到倍頻天線上，輸入信號通過濾波器，輸入信號的各次諧波分量被濾波器抑制；倍頻天線的非線性器件對加載到倍頻天線上的輸入信號產(chǎn)生奇次諧波分量；倍頻天線的天線將所需的輸出信號輻射出去；準光器件使輸出信號具有更好的方向性。本發(fā)明提供了一種270GHz準光三次倍頻器，90GHz輸入信號通過波導-鰭線過渡結(jié)構(gòu)饋入，經(jīng)過第一隔直電容、濾波器進入倍頻天線；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對應空間波長的四分之一。本發(fā)明提供了一種太赫茲準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極相連；輸入信號經(jīng)過第一隔直電容、濾波器后加載到倍頻天線上，輸入信號的各次諧波分量被濾波器抑制，非線性器件對加載到倍頻天線上的輸入信號產(chǎn)生奇次諧波分量；倍頻天線的天線將所需的輸出信號輻射出去；準光器件使輸出信號具有更好的方向性；直流信號由直流饋電端饋入，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，從而實現(xiàn)射頻信號回路。本發(fā)明提供了一種270GHz準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極相連；90GHz信號通過波導-鰭線過渡結(jié)構(gòu)饋入，經(jīng)過第一隔直電容、濾波器進入倍頻天線；第一隔直電容為貼片電容，容值47uF，輸入信號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 ;非線性器件對加載到倍頻天線上的輸入信號產(chǎn)生奇次諧波分量；倍頻天線的天線將所需的輸出信號輻射出去，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對應空間波長的四分之一；直流信號由直流饋電端饋入，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，從而實現(xiàn)射頻信號回路；所述天線、濾波器、傳輸線均制作在石 英基片上。本發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)體積小、重量輕的倍頻器，同時易于實現(xiàn)空間功率合成，尤其是可以通過控制低頻源的相位，實現(xiàn)空間信號的相干疊加。根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)高效奇次倍頻器。


應說明的是，下面描述中的附圖僅示意地示出了一些實施例，并沒有包括所有可能的實施例。附圖I是本發(fā)明所提供的一種太赫茲準光倍頻器原理圖；附圖2a和圖2b是本發(fā)明的準光器件的一種實現(xiàn)形式；附圖3a和圖3b是本發(fā)明的準光器件的另一種實現(xiàn)形式；附圖4是200GHz準光四次倍頻器的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5是200GHz準光四次倍頻器輸出頻譜；附圖6是本發(fā)明所提供的一種太赫茲準光奇次倍頻器原理圖；附圖7是270GHz準光三次倍頻器結(jié)構(gòu)示意圖；附圖8是270GHz準光三次倍頻器輸出頻譜；附圖9是本發(fā)明所提供的一種太赫茲準光奇次倍頻器原理圖；附圖10是太赫茲準光奇次倍頻天線原理圖；附圖11是270GHz準光三次倍頻器結(jié)構(gòu)示意圖；附圖12是270GHz準光三次倍頻器輸出頻譜(在_5V偏置條件下)；圖13是根據(jù)本發(fā)明的實施例的太赫茲肖特基二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的示例性實施例的技術(shù)方案。顯然，所描述的實施例只是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。所描述的實施例僅用于圖示說明，而不是對本實用新型范圍的限制?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。盡管本申請中使用了詞語第一、第二等來描述多個元件或構(gòu)成部分，這些元件或構(gòu)成部分不應受這些詞語的限制。這些詞語僅用于區(qū)分一個元件或構(gòu)成部分和另一元件或構(gòu)成部分，而不包含“順序”。因此，將下面討論的第一元件或構(gòu)成部分稱為第二元件或構(gòu)成部分也沒有超出本發(fā)明的構(gòu)思和范圍。圖I為本發(fā)明所提供的一種太赫茲準光倍頻器的原理圖。如圖I所示，太赫茲準光倍頻器包括隔直電容11、濾波器12、倍頻天線13、扼流電感14和準光器件15。其中，所述倍頻天線由天線131和非線性器件132組成。輸入信號由端口 16饋入，經(jīng)過隔直電容11、濾波器12后，加載到倍頻天線13上；加載到倍頻天線13上的輸入信號由倍頻天線13上的非線性器件132產(chǎn)生諧波分量；倍頻天線13上的天線131將所需的輸出信號輻射出 去。準光器件15進一步提高天線的輻射性能，使輸出信號具有更好的方向性。所述倍頻天線13中的非線性器件132例如為肖特基二極管，肖特基二極管為太赫茲肖特基二極管；天線131例如為平面天線。所述平面天線的中心頻率為輸出信號頻率。所述濾波器12能夠通過輸入信號，抑制輸入信號的各次諧波分量。所述濾波器12例如可以為低通濾波器，其截止頻率位于輸入信號頻率及輸入信號的二次諧波頻率之間；所述濾波器12也可以為帶通濾波器，其中心頻率等于輸入信號頻率，抑制頻帶涵蓋輸入信號的諧波分量頻率。所述隔直電容11對輸入信號及其各次諧波分量損耗很?。凰龆罅麟姼?4能夠抑制輸入信號及其各次諧波分量。直流信號由端口 17饋入；由于隔直電容11的阻斷作用，直流信號可以有效地加載在倍頻天線13上。所述準光器件15可以是高阻介質(zhì)透鏡；所述高阻介質(zhì)透鏡，其介質(zhì)材料為高阻硅。倍頻天線13位于透鏡的焦點位置。圖2a和圖2b給出了本發(fā)明的準光器件的第一實施例。圖2b是本發(fā)明的準光器件的第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2a是本發(fā)明的準光器件的第一實施例的截面圖。如圖2a和圖2b所示，該實施例的準光器件為透鏡52。倍頻天線51緊貼透鏡52的平面，透鏡52采用擴展半球透鏡。當然，透鏡52也可以采用橢球透鏡、半球透鏡等。圖3a和3b給出了本發(fā)明中準光器件的第二實施例。圖3a是該準光器件實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3a是該準光器件的實施例的截面圖。所述準光器件是喇叭型的半開放金屬腔體52。倍頻天線51位于半開放金屬腔體52內(nèi)。半開放金屬腔體52是喇叭形腔體；喇叭的底面為金屬，可以有效地反射信號。圖4為200GHz準光四次倍頻器的一種實現(xiàn)方案結(jié)構(gòu)框圖。50GHz信號通過K頭101饋入，經(jīng)過隔直電容102、濾波器103進入倍頻天線104。隔直電容102為貼片電容，容值47uF ;濾波器103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104為GaAs基的單片倍頻天線芯片，天線采用對數(shù)周期形式，工作頻段為180-220GHZ ;非線性器件為肖特基二極管。倍頻天線的一端與地106相連。直流信號經(jīng)過扼流電感105饋入。扼流電感105為貼片電感，其感值為10uH。微帶線的介質(zhì)基片107為石英。高阻硅擴展半球透鏡108緊貼倍頻天線背面。圖5為200GHz準光四次倍頻器的輸出頻譜。輸入信號頻率為50GHz，功率為20dBm ;直流偏置為-IV ;輸出信號頻率為200GHz，功率為I. 649dBm。
圖6為本發(fā)明所提供的一種太赫茲準光奇次倍頻器原理圖。該太赫茲準光奇次倍頻器包括隔直電容21、濾波器22、倍頻天線23和準光器件24。其中，所述倍頻天線23由天線31和非線性器件232、233組成；所述非線性器件具有對稱的I-V特性(電流-電壓特性)和C-V特性(電容-電壓特性)。輸入信號由端口 25饋入，經(jīng)過隔直電容21、濾波器22后，加載到倍頻天線23上；加載到倍頻天線23上的輸入信號由倍頻天線23上的非線性器件232、233產(chǎn)生奇次諧波分量；倍頻天線23上的天線231將所需輸出的諧波分量信號輻射出去。準光器件24進一步提高天線的輻射性能，使輸出信號具有更好的方向性。所述倍頻天線23的非線性器件232和233為肖特基二極管對。所述肖特基二極管對由第一肖特基二極管232和第二肖特基二極管233組成；第一肖特基二極管232的陰極與第二肖特基二極管233陽極相連；第一肖特基二極管232的陽極與第二肖特基二極管233的陰極相連。所述倍頻天線23的天線為平面天線；其中心頻率等于輸出信號頻率。所述濾波器22能夠通過輸入信號，抑制輸入信號的各次諧波分量。濾波器可以為低通濾波器，其截止頻率位于輸入信號頻率及輸入信號的二次諧波頻率之間。濾波器也可以為帶通濾波器，其中心頻率等于輸入信號頻率，抑制頻帶涵蓋輸入信號的諧波分量頻率。所述隔直電容21的容值應該保證對輸入信號及其各次諧波分量損耗很小，從而不影響上述信號的射頻接地。所述準光器件24可以是高阻介質(zhì)透鏡，其介質(zhì)材料為高阻硅，例如為如圖2所示準光器件。所·述準光器件也可以是喇叭型的半開放金屬腔體，例如為如圖3所示的準光器件。圖7為270GHz準光三次倍頻器的一種實現(xiàn)方案結(jié)構(gòu)框圖。90GHz信號通過波導-鰭線過渡結(jié)構(gòu)201饋入，經(jīng)過隔直電容202、濾波器203進入倍頻天線204。隔直電容202為貼片電容，容值47uF ;濾波器203為高低阻抗式微帶低通濾波器，截止頻率為100GHz，在180GHz、270GHz附近的抑制度大于25dB。倍頻天線204的天線采用蝶形天線形式，工作頻段為260-280GHZ ;非線性器件為肖特基二極管對。倍頻天線的一端與地205相連。天線204、濾波器203、傳輸線均制作在石英基片207上。準光器件為喇叭型的半開放金屬腔體208，喇叭的底面為金屬，天線距離喇叭腔體的短路面距離為270GHz對應空間波長的四分之一。圖8為270GHz準光三次倍頻器的輸出頻譜。輸入信號頻率為90GHz，功率為20dBm ;輸出信號頻率為270GHz，功率為-I. 432dBm。圖9為一種太赫茲準光可偏置奇次倍頻器，包括隔直電容31、濾波器32、倍頻天線33、隔直電容34、扼流電感35和準光器件36。圖10是太赫茲準光奇次倍頻天線的原理圖。如圖10所示，所述倍頻天線33包括天線331、第一肖特基二極管332、第二肖特基二極管333和電容334;所述第一肖特基二極管332的陰極與第二肖特基二極管333的陽極相連，第二肖特基二極管333的陰極通過電容334與第一肖特基二極管332的陽極相連。如圖9所示，輸入信號由輸入端37饋入，經(jīng)過隔直電容31、濾波器32后，加載到倍頻天線33上；加載到倍頻天線33上的輸入信號由倍頻天線上的第一肖特基二極管332和第二肖特基二極管333所形成的管對產(chǎn)生奇次諧波分量；倍頻天線33上的天線331將所需輸出的諧波分量信號輻射出去。直流信號由直流饋電端38饋入，經(jīng)過扼流電感35加載到第一肖特基二極管的陽極上；第二肖特基二極管的陰極接地形成直流回路。準光器件36進一步提高天線的輻射性能，使輸出信號具有更好的方向性。所述倍頻天線33—端與濾波器32相連，另一端通過電容34接地，從而實現(xiàn)射頻信號回路。所述倍頻天線33的天線331為平面天線；平面天線的中心頻率等于輸出信號頻率。所述濾波器32能夠通過輸入信號，抑制輸入信號的各次諧波分量；所述濾波器32可以為低通濾波器，其截止頻率位于輸入信號頻率及輸入信號的二次諧波頻率之間。所述濾波器32也可以為帶通濾波器，其中心頻率等于輸入信號頻率，抑制頻帶涵蓋輸入信號的諧波分量頻率。所述隔直電容31和34對輸入信號及其各次諧波分量損耗很??；所述扼流電感35，能夠抑制輸入信號及其各次諧波分量。所述準光器件36，可以是高阻介質(zhì)透鏡，例如為圖2所示的準光器件。所述高阻介質(zhì)透鏡的介質(zhì)材料為高阻硅。所述準光器件也可以是喇叭型的半開放金屬腔體，例如為如圖3所示的準光器件。圖11為270GHz準光可偏置三次倍頻器的一種實現(xiàn)方案的結(jié)構(gòu)示意圖。90GHz信號通過波導-鰭線過渡結(jié)構(gòu)301饋入，經(jīng)過隔直電容302、濾波器303進入倍頻天線304。電容302為貼片電容，容值47uF ;濾波器303為高低阻抗式微帶低通濾波器，截止頻率為100GHz，在180GHz、270GHz附近的抑制度大于25dB。倍頻天線304的天線采用蝶形天線形式，工作頻段為260-280GHZ ;非線性器件為肖特基二極管對。倍頻天線304的一端通過隔直電容311與地305相連。天線、濾波器、傳輸線均制作在石英基片上。準光器件為喇叭型的半開放金屬腔體310，倍頻天線位于喇叭型的半開放金屬腔體內(nèi)，喇叭的底面為金屬短路·面，天線距離喇叭腔體的短路面距離為270GHz對應空間波長的四分之一。輸入信號通過波導口 309輸入；直流偏置通過端子308饋入。圖12為270GHz準光可偏置三次倍頻器的輸出頻譜。輸入信號頻率為90GHz，功率為20dBm ;偏置為-5V ;輸出信號頻率為270GHz，功率為5. 2dBm,比圖7所示270GHz準光三次倍頻器的輸出功率高約7dB。圖13是根據(jù)本發(fā)明實施例的太赫茲肖特基二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。倍頻天線采用半導體工藝制作。如圖13所示，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摻雜n+GaAs層(62)，輕摻雜n_GaAs層(63)，重摻雜n+GaAs層(62)的濃度為IO18CnT3量級，輕摻雜n-GaAs層(63)的濃度為1016-1017cm_3量級，所摻雜質(zhì)為娃。太赫茲肖特基二極管包括肖特基接觸陽極71、歐姆接觸陰極72、電鍍引線73、溝道74。二氧化硅層64形成在輕摻雜n-GaAs層63上。在二氧化硅層64開有小孔，肖特基接觸陽極71位于小孔中，肖特基接觸陽極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形成在重摻雜η+型砷化鎵層62上；電鍍引線73形成在二氧化硅層64和肖特基接觸陽極71上。電鍍引線73與肖特基接觸陽極71相連。溝道74形成在重摻雜n+GaAs層62、輕摻雜n_GaAs層63和二氧化硅層64中，溝道74中重摻雜n+GaAs層62、輕摻雜n_GaAs層63和二氧化硅層64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材料襯底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的下表面相對于半絕緣GaAs材料61成預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61為襯底。以上對本發(fā)明的實施例的描述僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不是對本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明并不限于所公開的這些實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換，而這些修改或替換都應落入本發(fā)明 的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種太赫茲準光倍頻器，包括第一隔直電容、濾波器、倍頻天線和準光器件；所述倍頻天線包括天線和非線性器件；輸入信號經(jīng)過第一隔直電容、濾波器后加載到倍頻天線上，輸入信號通過濾波器，輸入信號的各次諧波分量被濾波器抑制；倍頻天線的非線性器件對加載到倍頻天線上的輸入信號產(chǎn)生諧波分量；倍頻天線的天線將所需的輸出信號輻射出去；準光器件使輸出信號具有更好的方向性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太赫茲準光倍頻器，其特征在于所述太赫茲準光倍頻器還包括扼流電感；直流信號經(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頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太赫茲準光倍頻器，其特征在于倍頻天線采用半導體工藝制作，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摻雜n+GaAs層(62)，輕摻雜n-GaAs層(63),重摻雜n+GaAs層(62)的濃度為1018cm_3量級，輕摻雜n_GaAs層(63)的濃度為IO16-IO17cnT3量級，所摻雜質(zhì)為硅；太赫茲肖特基二極管包括肖特基接觸陽極(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，肖特基接觸陽極(71)位于小孔中，肖特基接觸陽極(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)形成在重摻雜η+型砷化鎵層(62)上；電鍍引線(73)形成在二氧化硅層(64)和肖特基接觸陽極(71)上； 溝道(74)形成在重摻雜n+GaAs層(62)、輕摻雜n-GaAs層(63)和二氧化娃層(64)中，溝道(74)中重摻雜n+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)的下表面相對于半絕緣GaAs材料￠1)成預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頻率及輸入信號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的頻率，抑制頻帶涵蓋輸入信號的諧波分量頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太赫茲準光倍頻器，其特征在于所述的第一隔直電容對輸入信號及其各次諧波分量損耗很小，第一隔直電容阻斷直流信號使直流信號加載在倍頻天線上。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太赫茲準光倍頻器，其特征在于所述準光器件為高阻介質(zhì)透鏡，倍頻天線位于高阻介質(zhì)透鏡的焦點位置；或者所述準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光倍頻器，其特征在于所述太赫茲準光倍頻器為200GHz準光四次倍頻器，50GHz輸入信號通過K頭饋入，經(jīng)過第一隔直電容、濾波器后進入倍頻天線；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;所述準光器件為高阻硅擴展半球透鏡，倍頻天線位于透鏡的焦點位置，高阻硅擴展半球透鏡緊貼倍頻天線背面。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太赫茲準光倍頻器，其特征在于所述太赫茲準光倍頻器為太赫茲準光奇次倍頻器，所述非線性器件具有對稱的電流-電壓特性和電容-電壓特性，非線性器件為一對太赫茲肖特基二極管，非線性器件對加載到倍頻天線上的輸入信號產(chǎn)生奇次諧波分量，所述一對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極相連；第一肖特基二極管的陽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頻率。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的太赫茲準光倍頻器，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頻率及輸入信號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的頻率，抑制頻帶涵蓋輸入信號的諧波分量頻率。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的太赫茲準光倍頻器，其特征在于所述的第一隔直電容對輸入信號及其各次諧波分量損耗很小，第一隔直電容阻斷直流信號使直流信號加載在倍頻天線上。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的太赫茲準光倍頻器，其特征在于所述準光器件為高阻介質(zhì)透鏡，倍頻天線位于透鏡的焦點位置；或者所述準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。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的太赫茲準光倍頻器，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。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太赫茲準光倍頻器，其特征在于 倍頻天線采用半導體工藝制作，倍頻天線的每一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摻雜n+GaAs層(62)，輕摻雜n-GaAs層(63),重摻雜n+GaAs層(62)的濃度為1018cm_3量級，輕摻雜n-GaAs層(63)的濃度為IO16-IO17cnT3量級，所摻雜質(zhì)為硅；太赫茲肖特基二極管包括肖特基接觸陽極(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，肖特基接觸陽極(71)位于小孔中，肖特基接觸陽極(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)形成在重摻雜η+型砷化鎵層￠2)上；電鍍引線(73)形成在二氧化硅層￠4)和肖特基接觸陽極(71)上； 溝道(74)形成在重摻雜n+GaAs層(62)、輕摻雜n-GaAs層(63)和二氧化娃層(64)中，溝道(74)中重摻雜n+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)的下表面相對于半絕緣GaAs材料￠1)成預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。
18.根據(jù)權(quán)利要求11、12、14、17的任一權(quán)利要求所述的太赫茲準光倍頻器，其特征在于所述太赫茲準光倍頻器為270GHz準光三次倍頻器，90GHz輸入信號通過波導-鰭線過渡結(jié)構(gòu)饋入，經(jīng)過第一隔直電容、濾波器進入倍頻天線；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；所述準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，天線距離喇叭腔體的短路面距離為270GHz對應空間波長的四分之一。
19.根據(jù)權(quán)利要求2、4、5-9所述的太赫茲準光倍頻器，其特征在于所述太赫茲準光倍頻器為太赫茲準光可偏置奇次倍頻器，所述太赫茲準光倍頻器還包括第二隔直電容，所述倍頻天線還包括電容，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極相連，非線性器件對加載到倍頻天線上的輸入信號產(chǎn)生奇次諧波分量；直流信號由直流饋電端饋入，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,從而實現(xiàn)射頻信號回路。
20.根據(jù)權(quán)利要求2、4、5、7所述的太赫茲準光倍頻器，其特征在于所述太赫茲準光倍頻器為270GHz準光可偏置三次倍頻器，所述太赫茲準光倍頻器還包括第二隔直電容，所述倍頻天線還包括電容，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，第一肖特基二極管的陰極與第二肖特基二極管的陽極相連，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極相連，非線性器件對加載到倍頻天線上的輸入信號產(chǎn)生奇次諧波分量；直流信號由直流饋電端饋入，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，另一端通過第二隔直電容接地，從而實現(xiàn)射頻信號回路；90GHz信號通過波導-鰭線過渡結(jié)構(gòu)饋入，經(jīng)過第一隔直電容、濾波器進入倍頻天線；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100GHz，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 ;所述天線、濾波器、傳輸線均制作在石英基片上；準光器件為喇叭型的半開放金屬腔體，喇叭的底面為金屬，天線距離喇叭腔體的短路面距離為270GHz對應空間波長的四分之一。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種太赫茲準光倍頻器，包括第一隔直電容、濾波器、倍頻天線和準光器件；所述倍頻天線包括天線和非線性器件；輸入信號經(jīng)過第一隔直電容、濾波器后加載到倍頻天線上，輸入信號通過濾波器，輸入信號的各次諧波分量被濾波器抑制；倍頻天線的非線性器件對加載到倍頻天線上的輸入信號產(chǎn)生諧波分量；倍頻天線的天線將所需的輸出信號輻射出去；準光器件使輸出信號具有更好的方向性。本發(fā)明的太赫茲準光倍頻器體積小、重量輕、易于實現(xiàn)空間功率合成，可以實現(xiàn)高效奇次倍頻器。
文檔編號H03B19/00GK102904528SQ201210382948
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月11日
發(fā)明者胡延安 申請人:胡延安