新型f波段三倍頻器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及太赫茲器件技術領域，尤其涉及一種新型F波段三倍頻器。
【背景技術】
[0002]太赫茲(THz)波從廣義上來講，是指頻率在0.1THz-lOTHz范圍內的電磁波，其中lTHz=1000GHz，也有人認為太赫茲頻率是指0.3THz-3THz范圍內的電磁波。THz波在電磁波頻譜中占有很特殊的位置，THz技術是國際科技界公認的一個非常重要的交叉前沿領域。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，在高速通信等領域有著非常巨大的潛在應用。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。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型所要解決的技術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]為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案是: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、射頻輸出波導和基波輸入波導，石英基板上的第一傳輸微帶線橫跨在基波輸入波導上，將基波信號過度到石英微帶電路上，第一傳輸微帶線經第二傳輸微帶線、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；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]進一步的技術方案在于:所述低通濾波器為5階或7階高低阻抗微帶濾波器。
[0009]進一步的技術方案在于: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，再與另一組中串聯的兩個GaN基一.極管并聯。
[0010]進一步的技術方案在于:石英基板的厚度為30微米到75微米。
[0011]進一步的技術方案在于:石英基板整體放置在射頻輸出波導和基波輸入波導之間的波導槽中，波導槽的槽寬比石英基板寬40微米-60微米。
[0012]采用上述技術方案所產生的有益效果在于: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，經基波匹配電路后達到GaN基肖特基二極管，產生三次諧波信號，三次諧波經輸出端匹配電路后，經微帶波導轉換達到輸出波導端輸出。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，減高波導的設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0.8THz,其相對于GaAs相同陽極結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是本實用新型的結構示意圖；
[0014]其中:101、射頻輸出波導102、基波輸入波導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方案進行清楚、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，本領域普通技術人員在沒有做出創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的范圍。
[0016]在下面的描述中闡述了很多具體細節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，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內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101和基波輸入波導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端的泄露，經基板匹配傳輸線107后達到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，再同向并聯，為了方便倒裝焊接，在管芯中間可以制作一個焊盤。基波信號經過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，產生各次諧波，其中三次諧波經輸出匹配微帶線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101，為了防止二次諧波在輸出端輸出，射頻輸出波導101前端采用減高波導形式，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器件的實際情況進行設定。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101和基波輸入波導102之間的波導槽中，波導槽的寬度達到能放下石英基板，一般波導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，經基波匹配電路后達到GaN基肖特基二極管，產生三次諧波信號，三次諧波經輸出端匹配電路后，經微帶波導轉換達到輸出波導端輸出。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，減高波導的設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0.8THz，其相對于GaAs相同陽極結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(101)和基波輸入波導(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(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(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(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.根據權利要求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.根據權利要求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，再與另一組中串聯的兩個GaN基二極管并聯。4.根據權利要求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.根據權利要求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(101)和基波輸入波導(102)之間的波導槽中，波導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領域。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，經基波匹配電路后達到GaN基肖特基二極管，產生三次諧波信號，三次諧波經輸出端匹配電路后，經微帶波導轉換達到輸出波導端輸出。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，減高波導的設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
【申請號】CN201520447013
【發明人】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