In this paper,a linear optimization method(LOM)for the design of terahertz circuits is presented,aimed at enhancing the simulation efficacy and reducing the time of the circuit design workflow.This method enables the ...In this paper,a linear optimization method(LOM)for the design of terahertz circuits is presented,aimed at enhancing the simulation efficacy and reducing the time of the circuit design workflow.This method enables the rapid determination of optimal embedding impedance for diodes across a specific bandwidth to achieve maximum efficiency through harmonic balance simulations.By optimizing the linear matching circuit with the optimal embedding impedance,the method effectively segregates the simulation of the linear segments from the nonlinear segments in the frequency multiplier circuit,substantially improving the speed of simulations.The design of on-chip linear matching circuits adopts a modular circuit design strategy,incorporating fixed load resistors to simplify the matching challenge.Utilizing this approach,a 340 GHz frequency doubler was developed and measured.The results demonstrate that,across a bandwidth of 330 GHz to 342 GHz,the efficiency of the doubler remains above 10%,with an input power ranging from 98 mW to 141mW and an output power exceeding 13 mW.Notably,at an input power of 141 mW,a peak output power of 21.8 mW was achieved at 334 GHz,corresponding to an efficiency of 15.8%.展开更多
太赫兹源的输出功率是限制太赫兹技术远距离应用的重要参数。为了实现高效的太赫兹倍频器,基于高频特性下肖特基二极管的有源区电气模型建模方法,利用指标参数不同的两种肖特基二极管,研制出了两种170 GHz平衡式倍频器。所采用的肖特基...太赫兹源的输出功率是限制太赫兹技术远距离应用的重要参数。为了实现高效的太赫兹倍频器,基于高频特性下肖特基二极管的有源区电气模型建模方法,利用指标参数不同的两种肖特基二极管,研制出了两种170 GHz平衡式倍频器。所采用的肖特基二极管有源结区模型完善地考虑了二极管IV特性,载流子饱和速率限制,直流串联电阻以及趋肤效应等特性。通过对两种倍频器仿真结果进行对比,完备地分析了二极管主要指标参数对倍频器性能的影响。最后测试结果显示两种平衡式170 GHz倍频器在155~178 GHz工作带宽内的最高倍频效率分别大于11%和24%,最高输出功率分别大于15 m W和25 m W。从仿真和测试结果表示,采用的肖特基二极管建模方法和平衡式倍频器结构适用于研制高效的太赫兹倍频器。展开更多
结合国内现有的加工工艺水平,提出自偏置条件下的反向并联二极管对电路结构.不但解决了三倍频器偏置电路加工的难题,而且可以有效实现奇次倍频.同时,利用HFSS和ADS软件,以场路结合的方式准确模拟三倍频器的电特性,考虑到寄生参数引入的...结合国内现有的加工工艺水平,提出自偏置条件下的反向并联二极管对电路结构.不但解决了三倍频器偏置电路加工的难题,而且可以有效实现奇次倍频.同时,利用HFSS和ADS软件,以场路结合的方式准确模拟三倍频器的电特性,考虑到寄生参数引入的影响.设计完成以后,器件加工以及电装过程均在国内完成.测试结果表明在221 GHz处,有最大输出功率3.1 m W,在219~227 GHz频率范围内输出功率均大于2 m W.以上研究为今后设计高效率亚毫米波倍频器提供重要的参考价值.展开更多
研制了一种基于肖特基变容二极管的0.17 THz二倍频器,该器件为0.34 THz无线通信系统收发前端提供了低相噪、低杂散的本振信号。倍频器结构基于波导腔体石英基片微带电路实现,其核心器件是多结正向并联的肖特基变容二极管。文中采用结参...研制了一种基于肖特基变容二极管的0.17 THz二倍频器,该器件为0.34 THz无线通信系统收发前端提供了低相噪、低杂散的本振信号。倍频器结构基于波导腔体石英基片微带电路实现,其核心器件是多结正向并联的肖特基变容二极管。文中采用结参数模型和三维电磁模型相结合的方式对二极管进行建模,通过两种电路匹配方式实现了0.17 THz二倍频器的最优化设计,最终完成器件的加工及测试。测试结果表明,在输入80~86 GHz,20 d Bm的驱动信号下,倍频器的最大输出功率达12.21 m W,倍频效率11%,输出频点为163 GHz;当前端输入功率达到饱和状态时,该频点输出功率可达21.41 m W。展开更多
基金Supported by the Beijing Municipal Science&Technology Commission(Z211100004421012),the Key Reaserch and Development Pro⁃gram of China(2022YFF0605902)。
文摘In this paper,a linear optimization method(LOM)for the design of terahertz circuits is presented,aimed at enhancing the simulation efficacy and reducing the time of the circuit design workflow.This method enables the rapid determination of optimal embedding impedance for diodes across a specific bandwidth to achieve maximum efficiency through harmonic balance simulations.By optimizing the linear matching circuit with the optimal embedding impedance,the method effectively segregates the simulation of the linear segments from the nonlinear segments in the frequency multiplier circuit,substantially improving the speed of simulations.The design of on-chip linear matching circuits adopts a modular circuit design strategy,incorporating fixed load resistors to simplify the matching challenge.Utilizing this approach,a 340 GHz frequency doubler was developed and measured.The results demonstrate that,across a bandwidth of 330 GHz to 342 GHz,the efficiency of the doubler remains above 10%,with an input power ranging from 98 mW to 141mW and an output power exceeding 13 mW.Notably,at an input power of 141 mW,a peak output power of 21.8 mW was achieved at 334 GHz,corresponding to an efficiency of 15.8%.
文摘太赫兹源的输出功率是限制太赫兹技术远距离应用的重要参数。为了实现高效的太赫兹倍频器,基于高频特性下肖特基二极管的有源区电气模型建模方法,利用指标参数不同的两种肖特基二极管,研制出了两种170 GHz平衡式倍频器。所采用的肖特基二极管有源结区模型完善地考虑了二极管IV特性,载流子饱和速率限制,直流串联电阻以及趋肤效应等特性。通过对两种倍频器仿真结果进行对比,完备地分析了二极管主要指标参数对倍频器性能的影响。最后测试结果显示两种平衡式170 GHz倍频器在155~178 GHz工作带宽内的最高倍频效率分别大于11%和24%,最高输出功率分别大于15 m W和25 m W。从仿真和测试结果表示,采用的肖特基二极管建模方法和平衡式倍频器结构适用于研制高效的太赫兹倍频器。
文摘结合国内现有的加工工艺水平,提出自偏置条件下的反向并联二极管对电路结构.不但解决了三倍频器偏置电路加工的难题,而且可以有效实现奇次倍频.同时,利用HFSS和ADS软件,以场路结合的方式准确模拟三倍频器的电特性,考虑到寄生参数引入的影响.设计完成以后,器件加工以及电装过程均在国内完成.测试结果表明在221 GHz处,有最大输出功率3.1 m W,在219~227 GHz频率范围内输出功率均大于2 m W.以上研究为今后设计高效率亚毫米波倍频器提供重要的参考价值.
文摘研制了一种基于肖特基变容二极管的0.17 THz二倍频器,该器件为0.34 THz无线通信系统收发前端提供了低相噪、低杂散的本振信号。倍频器结构基于波导腔体石英基片微带电路实现,其核心器件是多结正向并联的肖特基变容二极管。文中采用结参数模型和三维电磁模型相结合的方式对二极管进行建模,通过两种电路匹配方式实现了0.17 THz二倍频器的最优化设计,最终完成器件的加工及测试。测试结果表明,在输入80~86 GHz,20 d Bm的驱动信号下,倍频器的最大输出功率达12.21 m W,倍频效率11%,输出频点为163 GHz;当前端输入功率达到饱和状态时,该频点输出功率可达21.41 m W。
