抗进行阻抗匹配，以使得射频信号最大程度的馈入第一GaAs太赫兹倍频二极管107中。考虑输出400GHz，第一步是实现10GHz到200GHz的二次倍频，10GHz输入100mW，第一 GaAs太赫兹倍频二极管107采用4阳极结的肖特基二极管，每个二极管承受25mW的输入功率，可以满足要求，第一 GaAs太赫兹倍频二极管等效电路如附图1所示，为同向并联肖特基二极管。肖特基二极管两端通过导电胶与腔体实现良好接地，肖特基二极管中间焊盘与石英电路微带线通过导电胶实现良好焊接，肖特基二极管采用倒装焊接的工艺。为了实现高效的二次倍频技术，肖特基二极管采用外延层浓度为2el7cm3浓度掺杂的肖特基二极管，阳极采用圆形直径6微米的肖特基二极管，结电容为30fF到40fF，电阻为2欧姆到3欧姆，采用该类型二极管，通过外加偏置电压，肖特基二极管的效率可以达到20%，经过该倍频肖特基二极管，二次谐波200GHz的输出功率为20mW。
[0025]第二传输微带线108和第三传输微带线114为第二 GaAs太赫兹倍频二极管109的输入匹配电路。其中第二传输微带线108和第三传输微带线114微带线中间留有小缝隙，具体请参看附图1，第二传输微带线108和第三传输微带线114之间缝隙宽度可以为I微米-3微米，这样可以保证200GHz信号从第二传输微带线108耦合到第三传输微带线114，同时两段微带线在直流看来是断路，可以保证第一 GaAs太赫兹倍频二极管107和第二 GaAs太赫兹倍频二极管109分别加偏置电压。由于200GHz信号输出功率不大，因此第二 GaAs太赫兹倍频二极管109采用2个肖特基二极管即可承受此功率，采用双阳极结，同向并联肖特基二极管，二极管采用外延层掺杂浓度为2el7cm 3，阳极采用圆形直径2微米的肖特基二极管，结电容为10fF，电阻为5欧姆到8欧姆，采用该类型肖特基二极管，通过外加偏置电压，肖特基二极管在400GHz的二次倍频效率可以达到20%，经过109倍频二极管，400GHz的输出功率为4mW。
[0026]可以把第三传输微带线114设计成3阶或5阶低通滤波器，通过200GHz射频信号，同时阻止400GHz射频信号向输入端的反馈。输出匹配微带线110为400Ghz的输出匹配电路，400GHz信号从射频输出波导113输出。第二低频滤波器115和第三低频滤波器116均为中频低通滤波器，可以为5阶或7阶高低阻抗微带线，也可以为工字型滤波器，阻止输入射频10GHz和其各次谐波(200GHz、400GHz)泄露，第二低频滤波器115和第三低频滤波器116 一端分别与第三传输微带线114和第二传输微带线108通过第一金丝跳线117和第二金丝跳线118金丝跳线实现连接，可以保证直流偏置电压加载到肖特基二极管上；第二低频滤波器115和第三低频滤波器116的另一端接特征阻抗50欧姆的微带传输线，方便该端口与SMA接头相连，将外部电压源的电压加载至二极管处。
[0027]第一石英基板102放置在射频输入波导101和射频输出波导113之间的波导槽中，第二石英基板119和第三石英基板120也放置在相应的波导槽中。石英电路的制作工艺已经十分成熟，石英电路基板的厚度一般为30到75微米。本发明不是提供具体的倍频电路，而是提供一种用于太赫兹倍频链的新型混合集成电路形式，采用该电路形式，可以实现双二极管的独立偏置，调整二极管最佳的工作状态，得到最大的输出功率；在同一石英基板上集成双肖特基二极管，可以实现频率的4倍频、6倍频和9倍频，可以将原来需要2个模块实现的功能集成在一个模块内完成，减少科研成本的支出，提高了模块的集成度和模块的小型化。
【主权项】
1.一种用于太赫兹倍频链的新型混合集成电路，其特征在于:包括第一石英基板(102)，所述第一石英基板(102)上的射频输入过度微带线(103)横跨在射频输入波导(101)上，射频输入过度微带线(103)的一端依次经第一传输微带线(104)、第一低通滤波器(105)、输入匹配微带线(106)以及第一 GaAs太赫兹倍频二极管(107)后与第二传输微带线(108)的一端连接，第二传输微带线(108)的另一端与第三传输微带线(114)的一端相对且保持间隙设置，第三传输微带线(114)的另一端依次经第二 GaAs太赫兹倍频二极管(109)、输出匹配微带线(110)以及第四传输微带线(111)与射频输出过渡微带线(112)的一端连接，所述射频输出过渡微带线(112)横跨在射频输出波导(113)上，所述第一传输微带线(104)、第一低通滤波器(105)、输入匹配微带线(106)、第一 GaAs太赫兹倍频二极管(107)、第二传输微带线(108)、第三传输微带线(114)、第二GaAs太赫兹倍频二极管(109)、输出匹配微带线(110)、第四传输微带线(111)以及射频输出过渡微带线(112)位于所述第一石英基板(102)上； 第二低频滤波器(115)位于第二石英基板(119)上，第二低频滤波器(115)的一端通过第一金丝跳线(117)与第三传输微带线(114)连接，第三低频滤波器(116)位于第三石英基板(120)上，第三低频滤波器(116)的一端通过第二金丝跳线(118)与第二传输微带线(108)连接。2.根据权利要求1所述的用于太赫兹倍频链的新型混合集成电路，其特征在于:所述射频输入波导(101)为矩阵波导。3.根据权利要求1所述的用于太赫兹倍频链的新型混合集成电路，其特征在于:所述第一低通滤波器(105)为5阶或7阶高低阻抗微带线，用于将输入的射频信号最大的传输至二极管处，同时阻止射频信号的2次谐波和4次谐波信号向输入端反馈。4.根据权利要求1所述的用于太赫兹倍频链的新型混合集成电路，其特征在于:所述第一 GaAs太赫兹倍频二极管(107)包括四个肖特基二极管，分为两组，每组包含两个肖特基二极管，每组中的两个肖特基二极管串联连接，一组中的二极管的阳极与另一组中的二极管的阳极连接，一组中的二极管的阴极以及另一组中的二极管的阴极与接地端连接，所述两组二极管的阳极分别与输入射频匹配微带线的一端以及第二传输微带线的一端连接。5.根据权利要求4所述的用于太赫兹倍频链的新型混合集成电路，其特征在于:所述肖特基二极管的外延层掺杂浓度为2el7cm 3，阳极圆形直径为6微米，结电容为30 fF到40fF，电阻为2欧姆到3欧姆。6.根据权利要求1所述的用于太赫兹倍频链的新型混合集成电路，其特征在于:第二传输微带线(108)与第三传输微带线(114)之间的间隙的距离为I微米-3微米。7.根据权利要求1所述的用于太赫兹倍频链的新型混合集成电路，其特征在于:所述第二 GaAs太赫兹倍频二极管(109)包括两个并联连接的肖特基二极管，所述肖特基二极管的阴极接地，阳极分别与第三传输微带线的一端以及输出匹配微带线的一端连接。8.根据权利要求7所述的用于太赫兹倍频链的新型混合集成电路，其特征在于:所述肖特基二极管的外延层掺杂浓度为2el7cm 3，阳极圆形直径为2微米，结电容为10fF，电阻为5欧姆到8欧姆。9.根据权利要求1所述的用于太赫兹倍频链的新型混合集成电路，其特征在于:所述第二低通滤波器(115)和第三低通滤波器(116)为5阶或7阶高低阻抗微带线或工字型滤波器。10.根据权利要求1所述的用于太赫兹倍频链的新型混合集成电路，其特征在于:所述第二低通滤波器(115)和第三低通滤波器(116)的另一端分别通过特征阻抗为50欧姆的微带传输线与SMA接头连接。
【专利摘要】本发明公开了一种用于太赫兹倍频链的新型混合集成电路，涉及太赫兹器件技术领域。所述电路包括射频输入波导、第一石英基板、射频输入过度微带线、第一传输微带线、第一低通滤波器、输入匹配微带线、第一GaAs太赫兹倍频二极管、第二传输微带线、第二GaAs太赫兹倍频二极管、输出匹配微带线、第四传输微带线、射频输出过渡微带线、射频输出波导、第三传输微带线、第二低频滤波器、第三低频滤波器、第一金丝跳线、第二金丝跳线、第二石英基板以及第三石英基板。所述混合集成电路可以获得4次倍频、6次倍频和9次倍频输出，且集成度高，小型化程度高，可以获得最大的功率输出，工艺简单。
【IPC分类】H03B19/00
【公开号】CN105024646
【申请号】CN201510461461
【发明人】王俊龙, 杨大宝, 梁士雄, 张立森, 赵向阳, 邢东, 冯志红
【申请人】中国电子科技集团公司第十三研究所
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月31日