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基于共振隧穿二极管设计实现的Ka波段振荡源
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作者 刘军 顾国栋 +4 位作者 刘博文 李亚明 梁士雄 宋瑞良 刘宁 《电子学报》 北大核心 2025年第10期3773-3780,共8页
目前Sub-6 GHz频段资源日益稀缺,推动了毫米波在5G/6G通信领域的研究,低相位噪声、高稳定度的毫米波振荡器的研究与开发具有重要的科研价值和应用前景.本文采用具有负阻特性的共振隧穿二极管(Resonant Tunneling Diode,RTD)设计实现了一... 目前Sub-6 GHz频段资源日益稀缺,推动了毫米波在5G/6G通信领域的研究,低相位噪声、高稳定度的毫米波振荡器的研究与开发具有重要的科研价值和应用前景.本文采用具有负阻特性的共振隧穿二极管(Resonant Tunneling Diode,RTD)设计实现了一款Ka波段MMIC(单片微波集成电路)振荡源芯片,有效降低了振荡电路的设计难度.RTD是一种基于量子隧穿效应的半导体器件,双势垒单势阱(Double Barrier Quantum Well,DBQW)结构是该器件最典型的结构,其中势垒由宽带隙材料构成,势阱由窄带隙的材料构成.RTD同时具有非线性特性和负阻特性,通过改变偏置电压可以分别实现源和探测器.文中通过比较GaAs和InP外延材料的特性,最终采用InP材料体系,通过优化外延材料结构设计,研制出的RTD器件峰谷电流比为3.9,峰值电流密度为290 kA/cm^(2).该振荡电路采用InP衬底设计实现,主要电路结构包括RTD、共面波导、金属-绝缘体-金属电容(去耦电容和隔直电容)和抑制电阻等.去耦电容用作射频信号对地短路,以避免射频功率被抑制电阻消耗;隔直电容用于防止在片测量期间直流信号输入频谱分析仪导致仪器毁坏;抑制电阻用于抑制低频偏置振荡.RTD的本征电容与使用短路传输线实现的等效电感一起组成LC振荡网络,产生所需的振荡频率.采用薄膜NiCr电阻来实现抑制电阻,去耦电容和隔直电容采用Si_(3)N_(4)实现.振荡器在片测试结果表明:基波振荡频率为30.67 GHz,输出功率约为-2.2 dBm,相位噪声为-87 dBc/Hz@1 MHz和-114 dBc/Hz@10 MHz,可调带宽0.72 GHz,FoM为-169.7 dBc/Hz,电路直流总功耗71.3 mW,芯片面积0.39 mm^(2).仿真结果与实测结果之间的差异可能是由于器件加工误差、短路线偏差以及器件等效电路模型不够精确等原因.本文研究的振荡源芯片在输出功率和芯片面积方面有一定的优势,与国外采用相同工艺实现的振荡源性能之间还有一定的差距.后续将通过优化材料结构、改进电路设计、合理设计抑制电阻阻值等手段进一步优化振荡源的性能.本文研究的基于共振隧穿二极管实现的电路形式的振荡芯片属于国内首次报道,且该方式有望应用于实现太赫兹频段振荡源. 展开更多
关键词 共振隧穿二极管 KA波段 振荡源 单片微波集成电路 磷化铟
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3cm低噪声GUN振荡器的设计
2
作者 杜自成 《西部电子》 1994年第3期17-20,共4页
关键词 GUNN 二极管 振荡器 二极管振荡器 设计 低噪声
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