新型f波段三倍頻器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及太赫茲器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型F波段三倍頻器。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲(THz)波從廣義上來講，是指頻率在0.1THz-lOTHz范圍內(nèi)的電磁波，其中l(wèi)THz=1000GHz，也有人認(rèn)為太赫茲頻率是指0.3THz-3THz范圍內(nèi)的電磁波。THz波在電磁波頻譜中占有很特殊的位置，THz技術(shù)是國際科技界公認(rèn)的一個非常重要的交叉前沿領(lǐng)域。F波段是指90GHz-140GHz之間的電磁頻率。
[0003]F波段由于其頻率較高，在高速通信等領(lǐng)域有著非常巨大的潛在應(yīng)用。若要利用此波段，需制作F波段的頻率源，由于其頻率高，目前常用的是基于倍頻的形式將低端頻率倍乘至該頻段，其中利用Ka波段三倍頻，可以將頻率擴展至F波段。目前該形式的三倍頻器，其核心電子器件多采用GaAs肖特基二極管，GaAs肖特基二極管由于其迀移率較高，串聯(lián)電阻小，截止頻率高，在F波段以及太赫茲頻段有了非常廣泛的應(yīng)用，但是GaAs肖特基二極管的擊穿電壓較低，能承載的功率容量有限。
[0004]GaN是第三代寬帶半導(dǎo)體材料，其GaN材料帶隙為3.4eV，相對于GaAs材料帶隙1.4eV，帶隙更寬，GaN具有更高的擊穿電壓，又由于GaN材料相對于GaAs材料具有更好的散熱能力，因此GaN基肖特基二極管相對于GaAs基肖特基二極管可以承受更高的輸入功率，并且散熱性能更好。
[0005]國際上對GaN基高頻肖特基二極管研究較少，一是由于材料迀移率低，二是工藝復(fù)雜，基于GaN肖特基二極管制作F波段甚至太赫茲頻段的倍頻器，從未見到過。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型F波段三倍頻器，所述三倍頻器的耐受功率高、散熱性能好、可靠性更好。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案是:一種新型F波段三倍頻器，其特征在于:包括石英基板、GaN基高截止頻率肖特基二極管、射頻輸出波導(dǎo)和基波輸入波導(dǎo)，石英基板上的第一傳輸微帶線橫跨在基波輸入波導(dǎo)上，將基波信號過度到石英微帶電路上，第一傳輸微帶線經(jīng)第二傳輸微帶線、低通濾波器與基板匹配傳輸線的一端連接，基板匹配傳輸線的另一端與GaN基高截止頻率肖特基二極管的正極連接，GaN基高截止頻率肖特基二極管的負(fù)極接地；輸出匹配微帶線的一端與GaN基高截止頻率肖特基二極管的正極連接，另一端與輸出端過度微帶線的一端連接，輸出端過度微帶線橫跨在射頻輸出波導(dǎo)上，將所需要的諧波信號從石英微帶電路過度至射頻輸出波導(dǎo)；所述第一傳輸微帶線、第二傳輸微帶線、低通濾波器、基板匹配傳輸線、GaN基高截止頻率肖特基二極管、輸出匹配微帶線和輸出端過度微帶線位于所述石英基板上。
[0008]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述低通濾波器為5階或7階高低阻抗微帶濾波器。
[0009]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述GaN基高截止頻率肖特基二極管包括四個GaN基二極管，其中兩個為一組，一組中的兩個GaN基二極管先串聯(lián)，再與另一組中串聯(lián)的兩個GaN基一.極管并聯(lián)。
[0010]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:石英基板的厚度為30微米到75微米。
[0011]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:石英基板整體放置在射頻輸出波導(dǎo)和基波輸入波導(dǎo)之間的波導(dǎo)槽中，波導(dǎo)槽的槽寬比石英基板寬40微米-60微米。
[0012]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本實用新型采用高截止頻率GaN基肖特基二極管作為非線性倍頻器件，輸入輸出采用波導(dǎo)微帶過度電路形式，輸入端基波信號過度到石英電路上接基波低通濾波器，經(jīng)基波匹配電路后達(dá)到GaN基肖特基二極管，產(chǎn)生三次諧波信號，三次諧波經(jīng)輸出端匹配電路后，經(jīng)微帶波導(dǎo)轉(zhuǎn)換達(dá)到輸出波導(dǎo)端輸出。其中基波低通濾波器可以通過基波輸入信號，阻止二次諧波和三次諧波信號，輸出端采用減高波導(dǎo)，減高波導(dǎo)的設(shè)計尺寸要求可以截止基波的二次諧波頻率。本實用新型的優(yōu)勢在于:非線性倍頻器件采用GaN基高截止頻率肖特基二極管，GaN基二極管的截止頻率高達(dá)0.8THz,其相對于GaAs相同陽極結(jié)面積的肖特基二極管，其耐受功率可以增加3 dB-4dB ;器件電路為非平衡式電路設(shè)計，器件熱回路更好，散熱效果好；器件采用零偏置工作，可靠性更好。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]其中:101、射頻輸出波導(dǎo)102、基波輸入波導(dǎo)103、石英基板104、第一傳輸微帶線105、第二傳輸微帶線106、低通濾波器107、基板匹配傳輸線108、輸出匹配微帶線109、輸出端過度微帶線110、GaN基高截止頻率肖特基二極管。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。
[0016]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實用新型，但是本實用新型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。
[0017]如圖1所示，本實用新型公開了一種新型F波段三倍頻器，包括石英基板103、GaN基高截止頻率肖特基二極管110、射頻輸出波導(dǎo)101和基波輸入波導(dǎo)102。石英基板103上的第一傳輸微帶線104橫跨在基波輸入波導(dǎo)102上，將基波信號過度到石英微帶電路上；第一傳輸微帶線104經(jīng)第二傳輸微帶線105、低通濾波器106與基板匹配傳輸線107的一端連接，基板匹配傳輸線107的另一端與GaN基高截止頻率肖特基二極管110的正極連接，GaN基高截止頻率肖特基二極管110的負(fù)極接地；
[0018]輸出匹配微帶線108的一端與GaN基高截止頻率肖特基二極管110的正極連接，另一端與輸出端過度微帶線109的一端連接，輸出端過度微帶線109橫跨在射頻輸出波導(dǎo)101上，將所需要的諧波信號從石英微帶電路過度至射頻輸出波導(dǎo)101 ;所述第一傳輸微帶線104、第二傳輸微帶線105、低通濾波器106、基板匹配傳輸線107、GaN基高截止頻率肖特基二極管110、輸出匹配微帶線108和輸出端過度微帶線109位于所述石英基板103上。
[0019]原理:基波輸入波導(dǎo)102引入Ka波段的大功率基波信號，通過第一傳輸微帶線104，將基波信號過度到石英微帶電路上，經(jīng)第二傳輸微帶線105和低通濾波器106，其中低通濾波器可以為5階或7階高低阻抗微帶濾波器，用于實現(xiàn)基波信號的傳輸，同時阻止二次和三次諧波信號到基波波導(dǎo)端的泄露，經(jīng)基板匹配傳輸線107后達(dá)到GaN基高截止頻率肖特基二極管110，其中二極管兩端要接地，實現(xiàn)良好的熱回路，GaN基高截止頻率肖特基二極管110倒裝焊接在石英基板上，采用兩管芯先串聯(lián)，再同向并聯(lián)，為了方便倒裝焊接，在管芯中間可以制作一個焊盤?；ㄐ盘柦?jīng)過GaN基高截止頻率肖特基二極管110時，由于二極管的非線性C-V特性，產(chǎn)生各次諧波，其中三次諧波經(jīng)輸出匹配微帶線108傳輸至輸出端過度微帶線109，將所需要的三次諧波信號過度至射頻輸出波導(dǎo)101，為了防止二次諧波在輸出端輸出，射頻輸出波導(dǎo)101前端采用減高波導(dǎo)形式，截止二次諧波的頻率。
[0020]所有的微帶線的長度和寬度需要根據(jù)器件的實際情況進(jìn)行設(shè)定。石英基板的厚度一般為30微米到75微米，石英電路整體放置在射頻輸出波導(dǎo)101和基波輸入波導(dǎo)102之間的波導(dǎo)槽中，波導(dǎo)槽的寬度達(dá)到能放下石英基板，一般波導(dǎo)槽的槽寬比石英基板寬50微米左右。
[0021]本實用新型采用高截止頻率GaN基肖特基二極管作為非線性倍頻器件，輸入輸出采用波導(dǎo)微帶過度電路形式，輸入端基波信號過度到石英電路上接基波低通濾波器，經(jīng)基波匹配電路后達(dá)到GaN基肖特基二極管，產(chǎn)生三次諧波信號，三次諧波經(jīng)輸出端匹配電路后，經(jīng)微帶波導(dǎo)轉(zhuǎn)換達(dá)到輸出波導(dǎo)端輸出。其中基波低通濾波器可以通過基波輸入信號，阻止二次諧波和三次諧波信號，輸出端采用減高波導(dǎo)，減高波導(dǎo)的設(shè)計尺寸要求可以截止基波的二次諧波頻率。本實用新型的優(yōu)勢在于:非線性倍頻器件采用GaN基高截止頻率肖特基二極管，GaN基二極管的截止頻率高達(dá)0.8THz，其相對于GaAs相同陽極結(jié)面積的肖特基二極管，其耐受功率可以增加3 dB-4dB ;器件電路為非平衡式電路設(shè)計，器件熱回路更好，散熱效果好；器件采用零偏置工作，可靠性更好。
【主權(quán)項】
1.一種新型F波段三倍頻器，其特征在于:包括石英基板(103)、GaN基高截止頻率肖特基二極管(110)、射頻輸出波導(dǎo)(101)和基波輸入波導(dǎo)(102)，石英基板(103)上的第一傳輸微帶線(104)橫跨在基波輸入波導(dǎo)(102)上，將基波信號過度到石英微帶電路上，第一傳輸微帶線(104)經(jīng)第二傳輸微帶線(105)、低通濾波器(106)與基板匹配傳輸線(107)的一端連接，基板匹配傳輸線(107)的另一端與GaN基高截止頻率肖特基二極管(110)的正極連接，GaN基高截止頻率肖特基二極管(110)的負(fù)極接地；輸出匹配微帶線(108)的一端與GaN基高截止頻率肖特基二極管(110)的正極連接，另一端與輸出端過度微帶線(109)的一端連接，輸出端過度微帶線(109)橫跨在射頻輸出波導(dǎo)(101)上，將所需要的諧波信號從石英微帶電路過度至射頻輸出波導(dǎo)(101);所述第一傳輸微帶線(104)、第二傳輸微帶線(105)、低通濾波器(106)、基板匹配傳輸線(107)、GaN基高截止頻率肖特基二極管(110)、輸出匹配微帶線(108)和輸出端過度微帶線(109)位于所述石英基板(103)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型F波段三倍頻器，其特征在于:所述低通濾波器(106)為5階或7階高低阻抗微帶濾波器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型F波段三倍頻器，其特征在于:所述GaN基高截止頻率肖特基二極管(110)包括四個GaN基二極管，其中兩個為一組，一組中的兩個GaN基二極管先串聯(lián)，再與另一組中串聯(lián)的兩個GaN基二極管并聯(lián)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型F波段三倍頻器，其特征在于:石英基板(103)的厚度為30微米到75微米。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型F波段三倍頻器，其特征在于:石英基板(103)整體放置在射頻輸出波導(dǎo)(101)和基波輸入波導(dǎo)(102)之間的波導(dǎo)槽中，波導(dǎo)槽的槽寬比石英基板(103)寬40微米-60微米。
【專利摘要】本實用新型公開了一種新型F波段三倍頻器，涉及太赫茲器件技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型采用高截止頻率GaN基肖特基二極管作為非線性倍頻器件，輸入輸出采用波導(dǎo)微帶過度電路形式，輸入端基波信號過度到石英電路上接基波低通濾波器，經(jīng)基波匹配電路后達(dá)到GaN基肖特基二極管，產(chǎn)生三次諧波信號，三次諧波經(jīng)輸出端匹配電路后，經(jīng)微帶波導(dǎo)轉(zhuǎn)換達(dá)到輸出波導(dǎo)端輸出。其中基波低通濾波器可以通過基波輸入信號，阻止二次諧波和三次諧波信號，輸出端采用減高波導(dǎo)，減高波導(dǎo)的設(shè)計尺寸要求可以截止基波的二次諧波頻率。所述三倍頻器的耐受功率高、散熱性能好、可靠性更好。
【IPC分類】H03B19/14
【公開號】CN204761398
【申請?zhí)枴緾N201520447013
【發(fā)明人】王俊龍, 楊大寶, 梁士雄, 邢東, 張立森, 趙向陽, 馮志紅
【申請人】中國電子科技集團公司第十三研究所
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月26日