专利名称：太赫兹准光倍频器的制作方法
技术领域：
本发明涉及太赫兹波源技术领域，特别是涉及太赫兹准光倍频器。
背景技术：
太赫兹是最后一段被开发的电磁频谱。太赫兹辐射的独特性能使得太赫兹成像技术成为当今研究热点之一。太赫兹源一直是太赫兹系统的关键部件之一。可以通过真空电子器件产生太赫兹信号，也可以通过低频源结合倍频器的方式产生本振信号。低频源结合倍频的太赫兹信号产生方式是一种比较常见的方式。这种方式相比于真空电子器件源来说，具有体积小、重量轻等优势；同时可以通过低频源的锁相、调制等实现太赫兹信号的锁相、调制等。通常，采用的太赫兹倍频器是波导基的倍频器。由于太赫兹频段波长小，故波导口等机械特征尺寸小，不易于加工；另外，不易于采用空间功率合成技术提高太赫兹信号功率。若采用单管结构，可以实现任意次数的倍频，但是这种倍频拓扑结构效率较低，不适用于奇次倍频器。另外，传统的奇次倍频器中，非线性器件采用反向平行对管形式。但是，这种结构不能同时对非线性器件加载偏置，从而会损失一部分变频效率。
发明内容
本发明是鉴于上述问题所提出的，其目的是提出一种准光倍频器，体积小，重量轻，易于形成空间功率合成阵列；本发明的另一个目的是提出一种准光奇次倍频器，可以实现奇次倍频功能。本发明的另一个目的是提出一种可偏置准光奇次倍频器，可以实现非线性器件的同时偏置，具有较高的倍频效率。根据本发明第一方面，提供了一种太赫兹准光倍频器，包括第一隔直电容、滤波器、倍频天线和准光器件；所述倍频天线包括天线和非线性器件；输入信号经过第一隔直电容、滤波器后加载到倍频天线上，输入信号通过滤波器，输入信号的各次谐波分量被滤波器抑制；倍频天线的非线性器件对加载到倍频天线上的输入信号产生谐波分量；倍频天线的天线将所需的输出信号辐射出去；准光器件使输出信号具有更好的方向性。所述太赫兹准光倍频器还包括扼流电感；直流信号经过扼流电感加载在倍频天线上，扼流电感抑制输入信号及其各次谐波分量。倍频天线的非线性器件为太赫兹肖特基二极管；所述天线为平面天线，平面天线的中心频率为输出信号频率。倍频天线采用半导体工艺制作，倍频天线的平面天线和所述肖特基二极管使用同一半绝缘GaAs材料为衬底。所述滤波器为低通滤波器，低通滤波器的截止频率位于输入信号频率及输入信号的二次谐波频率之间；或者所述滤波器为带通滤波器，带通滤波器的中心频率等于输入信号的频率，抑制频带涵盖输入信号的谐波分量频率。所述的第一隔直电容对输入信号及其各次谐波分量损耗很小，第一隔直电容阻断直流信号使直流信号加载在倍频天线上。所述准光器件为高阻介质透镜，倍频天线位于透镜的焦点位置；或者所述准光器件为喇叭型的半开放金属腔体，倍频天线位于喇叭型的半开放金属腔体内，喇叭的底面为金属。所述高阻介质透镜的介质材料为高阻硅，倍频天线紧贴高阻介质透镜的平面。本发明提供了一种200GHz准光四次倍频器，50GHz输入信号通过K头馈入，经过第一隔直电容、滤波器后进入倍频天线；第一隔直电容为贴片电容，容值47uF ;滤波器为高低阻抗式微带低通滤波器，截止频率为60GHz，在110GHz、220GHz附近的抑制度大于25dB ；倍频天线为GaAs基的单片倍频天线芯片，倍频天线的天线采用对数周期形式，工作频段为 180-220GHz ;倍频天线的一端与地相连；直流信号经过扼流电感加载在倍频天线上，扼流电感抑制输入信号及其各次谐波分量；扼流电感为贴片电感，其感值为IOuH ;高阻硅扩展半球透镜紧贴倍频天线背面，倍频天线位于透镜的焦点位置。根据本发明第二方面，提供了太赫兹准光奇次倍频器，包括第一隔直电容、滤波器、倍频天线和准光器件；所述倍频天线包括天线和非线性器件，所述非线性器件具有对称的电流-电压特性和电容-电压特性，非线性器件为一对太赫兹肖特基二极管，所述一对太赫兹肖特基二极管包括第一肖特基二极管和第二肖特基二极管，第一肖特基二极管的阴极与第二肖特基二极管阳极相连，第一肖特基二极管的阳极与第二肖特基二极管的阴极相连；输入信号经过第一隔直电容、滤波器后加载到倍频天线上，输入信号通过滤波器，输入信号的各次谐波分量被滤波器抑制；倍频天线的非线性器件对加载到倍频天线上的输入信号产生奇次谐波分量；倍频天线的天线将所需的输出信号辐射出去；准光器件使输出信号具有更好的方向性。本发明提供了一种270GHz准光三次倍频器，90GHz输入信号通过波导-鳍线过渡结构馈入，经过第一隔直电容、滤波器进入倍频天线；第一隔直电容为贴片电容，容值47uF ;滤波器为高低阻抗式微带低通滤波器，截止频率为IOOGHz，在180GHz、270GHz附近的抑制度大于25dB ;倍频天线的天线采用蝶形天线形式，工作频段为260-280GHZ ;倍频天线的一端与地相连；天线、滤波器、传输线均制作在石英基片上；倍频天线位于喇叭型的半开放金属腔体内，喇叭的底面为金属，天线距离喇叭腔体的短路面距离为270GHz对应空间波长的四分之一。本发明提供了一种太赫兹准光可偏置奇次倍频器，包括第一隔直电容、滤波器、倍频天线、准光器件、第二隔直电容、扼流电感，所述倍频天线包括天线、非线性器件、电容；所述非线性器件包括第一肖特基二极管和第二肖特基二极管，所述第一肖特基二极管的阴极与第二肖特基二极管的阳极相连，第二肖特基二极管的阴极通过电容与第一肖特基二极管的阳极相连；输入信号经过第一隔直电容、滤波器后加载到倍频天线上，输入信号的各次谐波分量被滤波器抑制，非线性器件对加载到倍频天线上的输入信号产生奇次谐波分量；倍频天线的天线将所需的输出信号辐射出去；准光器件使输出信号具有更好的方向性；直流信号由直流馈电端馈入，经过扼流电感加载到第一肖特基二极管的阳极上，第二肖特基二极管的阴极接地形成直流回路；所述倍频天线的一端与滤波器相连，另一端通过电容接地，从而实现射频信号回路。本发明提供了一种270GHz准光可偏置三次倍频器，包括第一隔直电容、滤波器、倍频天线、准光器件、第二隔直电容、扼流电感，所述倍频天线包括天线、非线性器件、电容；所述非线性器件包括第一肖特基二极管和第二肖特基二极管，所述第一肖特基二极管的阴极与第二肖特基二极管的阳极相连，第二肖特基二极管的阴极通过电容与第一肖特基二极管的阳极相连；90GHz信号通过波导-鳍线过渡结构馈入，经过第一隔直电容、滤波器进入倍频天线；第一隔直电容为贴片电容，容值47uF，输入信号的各次谐波分量被滤波器抑制，滤波器为高低阻抗式微带低通滤波器，截止频率为IOOGHz，在180GHz、270GHz附近的抑制度大于25dB ;非线性器件对加载到倍频天线上的输入信号产生奇次谐波分量；倍频天线的天线将所需的输出信号辐射出去，倍频天线的天线采用蝶形天线形式，工作频段为260-280GHZ ;准光器件为喇叭型的半开放金属腔体，喇叭的底面为金属，倍频天线位于喇叭型的半开放金属腔体内，天线距离喇叭型的半开放金属腔体的短路面距离为270GHz对应空间波长的四分之一；直流信号由直流馈电端馈入，经过扼流电感加载到第一肖特基二极管的阳极上，第二肖特基二极管的阴极接地形成直流回路；所述倍频天线的一端与滤波器相连，另一端通过电容接地，从而实现射频信号回路；所述天线、滤波器、传输线均制作在石 英基片上。本发明的有益效果根据本发明，可以实现体积小、重量轻的倍频器，同时易于实现空间功率合成，尤其是可以通过控制低频源的相位，实现空间信号的相干叠加。根据本发明，可以实现高效奇次倍频器。
应说明的是，下面描述中的附图仅示意地示出了一些实施例，并没有包括所有可能的实施例。附图I是本发明所提供的一种太赫兹准光倍频器原理图；附图2a和图2b是本发明的准光器件的一种实现形式；附图3a和图3b是本发明的准光器件的另一种实现形式；附图4是200GHz准光四次倍频器的结构示意图；附图5是200GHz准光四次倍频器输出频谱；附图6是本发明所提供的一种太赫兹准光奇次倍频器原理图；附图7是270GHz准光三次倍频器结构示意图；附图8是270GHz准光三次倍频器输出频谱；附图9是本发明所提供的一种太赫兹准光奇次倍频器原理图；附图10是太赫兹准光奇次倍频天线原理图；附图11是270GHz准光三次倍频器结构示意图；附图12是270GHz准光三次倍频器输出频谱(在_5V偏置条件下)；图13是根据本发明的实施例的太赫兹肖特基二极管的结构示意图。
具体实施例方式下面将结合附图描述本发明的示例性实施例的技术方案。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。所描述的实施例仅用于图示说明，而不是对本实用新型范围的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。尽管本申请中使用了词语第一、第二等来描述多个元件或构成部分，这些元件或构成部分不应受这些词语的限制。这些词语仅用于区分一个元件或构成部分和另一元件或构成部分，而不包含“顺序”。因此，将下面讨论的第一元件或构成部分称为第二元件或构成部分也没有超出本发明的构思和范围。图I为本发明所提供的一种太赫兹准光倍频器的原理图。如图I所示，太赫兹准光倍频器包括隔直电容11、滤波器12、倍频天线13、扼流电感14和准光器件15。其中，所述倍频天线由天线131和非线性器件132组成。输入信号由端口 16馈入，经过隔直电容11、滤波器12后，加载到倍频天线13上；加载到倍频天线13上的输入信号由倍频天线13上的非线性器件132产生谐波分量；倍频天线13上的天线131将所需的输出信号辐射出 去。准光器件15进一步提高天线的辐射性能，使输出信号具有更好的方向性。所述倍频天线13中的非线性器件132例如为肖特基二极管，肖特基二极管为太赫兹肖特基二极管；天线131例如为平面天线。所述平面天线的中心频率为输出信号频率。所述滤波器12能够通过输入信号，抑制输入信号的各次谐波分量。所述滤波器12例如可以为低通滤波器，其截止频率位于输入信号频率及输入信号的二次谐波频率之间；所述滤波器12也可以为带通滤波器，其中心频率等于输入信号频率，抑制频带涵盖输入信号的谐波分量频率。所述隔直电容11对输入信号及其各次谐波分量损耗很小；所述扼流电感14能够抑制输入信号及其各次谐波分量。直流信号由端口 17馈入；由于隔直电容11的阻断作用，直流信号可以有效地加载在倍频天线13上。所述准光器件15可以是高阻介质透镜；所述高阻介质透镜，其介质材料为高阻硅。倍频天线13位于透镜的焦点位置。图2a和图2b给出了本发明的准光器件的第一实施例。图2b是本发明的准光器件的第一实施例的结构示意图，图2a是本发明的准光器件的第一实施例的截面图。如图2a和图2b所示，该实施例的准光器件为透镜52。倍频天线51紧贴透镜52的平面，透镜52采用扩展半球透镜。当然，透镜52也可以采用椭球透镜、半球透镜等。图3a和3b给出了本发明中准光器件的第二实施例。图3a是该准光器件实施例的结构示意图，图3a是该准光器件的实施例的截面图。所述准光器件是喇叭型的半开放金属腔体52。倍频天线51位于半开放金属腔体52内。半开放金属腔体52是喇叭形腔体；喇叭的底面为金属，可以有效地反射信号。图4为200GHz准光四次倍频器的一种实现方案结构框图。50GHz信号通过K头101馈入，经过隔直电容102、滤波器103进入倍频天线104。隔直电容102为贴片电容，容值47uF ;滤波器103为高低阻抗式微带低通滤波器，截止频率为60GHz，在110GHz、220GHz附近的抑制度大于25dB。倍频天线104为GaAs基的单片倍频天线芯片，天线采用对数周期形式，工作频段为180-220GHZ ;非线性器件为肖特基二极管。倍频天线的一端与地106相连。直流信号经过扼流电感105馈入。扼流电感105为贴片电感，其感值为10uH。微带线的介质基片107为石英。高阻硅扩展半球透镜108紧贴倍频天线背面。图5为200GHz准光四次倍频器的输出频谱。输入信号频率为50GHz，功率为20dBm ;直流偏置为-IV ;输出信号频率为200GHz，功率为I. 649dBm。
图6为本发明所提供的一种太赫兹准光奇次倍频器原理图。该太赫兹准光奇次倍频器包括隔直电容21、滤波器22、倍频天线23和准光器件24。其中，所述倍频天线23由天线31和非线性器件232、233组成；所述非线性器件具有对称的I-V特性(电流-电压特性)和C-V特性(电容-电压特性)。输入信号由端口 25馈入，经过隔直电容21、滤波器22后，加载到倍频天线23上；加载到倍频天线23上的输入信号由倍频天线23上的非线性器件232、233产生奇次谐波分量；倍频天线23上的天线231将所需输出的谐波分量信号辐射出去。准光器件24进一步提高天线的辐射性能，使输出信号具有更好的方向性。所述倍频天线23的非线性器件232和233为肖特基二极管对。所述肖特基二极管对由第一肖特基二极管232和第二肖特基二极管233组成；第一肖特基二极管232的阴极与第二肖特基二极管233阳极相连；第一肖特基二极管232的阳极与第二肖特基二极管233的阴极相连。所述倍频天线23的天线为平面天线；其中心频率等于输出信号频率。所述滤波器22能够通过输入信号，抑制输入信号的各次谐波分量。滤波器可以为低通滤波器，其截止频率位于输入信号频率及输入信号的二次谐波频率之间。滤波器也可以为带通滤波器，其中心频率等于输入信号频率，抑制频带涵盖输入信号的谐波分量频率。所述隔直电容21的容值应该保证对输入信号及其各次谐波分量损耗很小，从而不影响上述信号的射频接地。所述准光器件24可以是高阻介质透镜，其介质材料为高阻硅，例如为如图2所示准光器件。所·述准光器件也可以是喇叭型的半开放金属腔体，例如为如图3所示的准光器件。图7为270GHz准光三次倍频器的一种实现方案结构框图。90GHz信号通过波导-鳍线过渡结构201馈入，经过隔直电容202、滤波器203进入倍频天线204。隔直电容202为贴片电容，容值47uF ;滤波器203为高低阻抗式微带低通滤波器，截止频率为100GHz，在180GHz、270GHz附近的抑制度大于25dB。倍频天线204的天线采用蝶形天线形式，工作频段为260-280GHZ ;非线性器件为肖特基二极管对。倍频天线的一端与地205相连。天线204、滤波器203、传输线均制作在石英基片207上。准光器件为喇叭型的半开放金属腔体208，喇叭的底面为金属，天线距离喇叭腔体的短路面距离为270GHz对应空间波长的四分之一。图8为270GHz准光三次倍频器的输出频谱。输入信号频率为90GHz，功率为20dBm ;输出信号频率为270GHz，功率为-I. 432dBm。图9为一种太赫兹准光可偏置奇次倍频器，包括隔直电容31、滤波器32、倍频天线33、隔直电容34、扼流电感35和准光器件36。图10是太赫兹准光奇次倍频天线的原理图。如图10所示，所述倍频天线33包括天线331、第一肖特基二极管332、第二肖特基二极管333和电容334;所述第一肖特基二极管332的阴极与第二肖特基二极管333的阳极相连，第二肖特基二极管333的阴极通过电容334与第一肖特基二极管332的阳极相连。如图9所示，输入信号由输入端37馈入，经过隔直电容31、滤波器32后，加载到倍频天线33上；加载到倍频天线33上的输入信号由倍频天线上的第一肖特基二极管332和第二肖特基二极管333所形成的管对产生奇次谐波分量；倍频天线33上的天线331将所需输出的谐波分量信号辐射出去。直流信号由直流馈电端38馈入，经过扼流电感35加载到第一肖特基二极管的阳极上；第二肖特基二极管的阴极接地形成直流回路。准光器件36进一步提高天线的辐射性能，使输出信号具有更好的方向性。所述倍频天线33—端与滤波器32相连，另一端通过电容34接地，从而实现射频信号回路。所述倍频天线33的天线331为平面天线；平面天线的中心频率等于输出信号频率。所述滤波器32能够通过输入信号，抑制输入信号的各次谐波分量；所述滤波器32可以为低通滤波器，其截止频率位于输入信号频率及输入信号的二次谐波频率之间。所述滤波器32也可以为带通滤波器，其中心频率等于输入信号频率，抑制频带涵盖输入信号的谐波分量频率。所述隔直电容31和34对输入信号及其各次谐波分量损耗很小；所述扼流电感35，能够抑制输入信号及其各次谐波分量。所述准光器件36，可以是高阻介质透镜，例如为图2所示的准光器件。所述高阻介质透镜的介质材料为高阻硅。所述准光器件也可以是喇叭型的半开放金属腔体，例如为如图3所示的准光器件。图11为270GHz准光可偏置三次倍频器的一种实现方案的结构示意图。90GHz信号通过波导-鳍线过渡结构301馈入，经过隔直电容302、滤波器303进入倍频天线304。电容302为贴片电容，容值47uF ;滤波器303为高低阻抗式微带低通滤波器，截止频率为100GHz，在180GHz、270GHz附近的抑制度大于25dB。倍频天线304的天线采用蝶形天线形式，工作频段为260-280GHZ ;非线性器件为肖特基二极管对。倍频天线304的一端通过隔直电容311与地305相连。天线、滤波器、传输线均制作在石英基片上。准光器件为喇叭型的半开放金属腔体310，倍频天线位于喇叭型的半开放金属腔体内，喇叭的底面为金属短路·面，天线距离喇叭腔体的短路面距离为270GHz对应空间波长的四分之一。输入信号通过波导口 309输入；直流偏置通过端子308馈入。图12为270GHz准光可偏置三次倍频器的输出频谱。输入信号频率为90GHz，功率为20dBm ;偏置为-5V ;输出信号频率为270GHz，功率为5. 2dBm,比图7所示270GHz准光三次倍频器的输出功率高约7dB。图13是根据本发明实施例的太赫兹肖特基二极管的结构示意图。倍频天线采用半导体工艺制作。如图13所示，太赫兹肖特基二极管以半绝缘GaAs材料￠1)为衬底，在半绝缘GaAs材料￠1)上自下而上依次为重掺杂n+GaAs层(62)，轻掺杂n_GaAs层(63)，重掺杂n+GaAs层(62)的浓度为IO18CnT3量级，轻掺杂n-GaAs层(63)的浓度为1016-1017cm_3量级，所掺杂质为娃。太赫兹肖特基二极管包括肖特基接触阳极71、欧姆接触阴极72、电镀引线73、沟道74。二氧化硅层64形成在轻掺杂n-GaAs层63上。在二氧化硅层64开有小孔，肖特基接触阳极71位于小孔中，肖特基接触阳极71与轻掺杂η-型砷化镓层63接触形成肖特基结；欧姆接触阴极72形成在重掺杂η+型砷化镓层62上；电镀引线73形成在二氧化硅层64和肖特基接触阳极71上。电镀引线73与肖特基接触阳极71相连。沟道74形成在重掺杂n+GaAs层62、轻掺杂n_GaAs层63和二氧化硅层64中，沟道74中重掺杂n+GaAs层62、轻掺杂n_GaAs层63和二氧化硅层64被除去。沟道74的形状为反锥形，沟道74的下表面与半绝缘GaAs材料衬底61接触，沟道74的上表面与电镀引线73接触，沟道74的侧面从沟道74的下表面相对于半绝缘GaAs材料61成预定的角度延伸到上表面,沟道74的上表面大于沟道74的下表面。倍频天线的平面天线与所述肖特基二极管使用同一半绝缘GaAs材料61为衬底。以上对本发明的实施例的描述仅用于说明本发明的技术方案，而不是对本发明范围的限制，本发明并不限于所公开的这些实施例，本领域的技术人员可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或替换都应落入本发明 的保护范围。
权利要求
1.一种太赫兹准光倍频器，包括第一隔直电容、滤波器、倍频天线和准光器件；所述倍频天线包括天线和非线性器件；输入信号经过第一隔直电容、滤波器后加载到倍频天线上，输入信号通过滤波器，输入信号的各次谐波分量被滤波器抑制；倍频天线的非线性器件对加载到倍频天线上的输入信号产生谐波分量；倍频天线的天线将所需的输出信号辐射出去；准光器件使输出信号具有更好的方向性。
2.根据权利要求I所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述太赫兹准光倍频器还包括扼流电感；直流信号经过扼流电感加载在倍频天线上，扼流电感抑制输入信号及其各次谐波分量。
3.根据权利要求2所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述非线性器件为太赫兹肖特基~■极管。
4.根据权利要求2所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述天线为平面天线，平面天线的中心频率为输出信号频率。
5.根据权利要求4所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于倍频天线采用半导体工艺制作，倍频天线的非线性器件为太赫兹肖特基二极管，太赫兹肖特基二极管以半绝缘GaAs材料￠1)为衬底，在半绝缘GaAs材料￠1)上自下而上依次为重掺杂n+GaAs层(62)，轻掺杂n-GaAs层(63),重掺杂n+GaAs层(62)的浓度为1018cm_3量级，轻掺杂n_GaAs层(63)的浓度为IO16-IO17cnT3量级，所掺杂质为硅；太赫兹肖特基二极管包括肖特基接触阳极(71)、欧姆接触阴极(72)、电镀引线(73)、沟道(74) ;二氧化硅层￠4)形成在轻掺杂n-GaAs层(63)上，在二氧化硅层(64)开有小孔，肖特基接触阳极(71)位于小孔中，肖特基接触阳极(71)与轻掺杂η-型砷化镓层(63)接触形成肖特基结；欧姆接触阴极(72)形成在重掺杂η+型砷化镓层(62)上；电镀引线(73)形成在二氧化硅层(64)和肖特基接触阳极(71)上； 沟道(74)形成在重掺杂n+GaAs层(62)、轻掺杂n-GaAs层(63)和二氧化娃层(64)中，沟道(74)中重掺杂n+GaAs层(62)、轻掺杂n-GaAs层￠3)和二氧化硅层￠4)被除去；沟道(74)的形状为反锥形，沟道(74)的下表面与半绝缘GaAs材料(61)接触，沟道(74)的上表面与电镀引线(73)接触，沟道(74)的侧面从沟道(74)的下表面相对于半绝缘GaAs材料￠1)成预定的角度延伸到上表面，沟道(74)的上表面大于沟道(74)的下表面； 倍频天线的平面天线与所述肖特基二极管使用同一半绝缘GaAs材料￠1)为衬底。
6.根据权利要求2所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述滤波器为低通滤波器，低通滤波器的截止频率位于输入信号频率及输入信号的二次谐波频率之间；或者所述滤波器为带通滤波器，带通滤波器的中心频率等于输入信号的频率，抑制频带涵盖输入信号的谐波分量频率。
7.根据权利要求2所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述的第一隔直电容对输入信号及其各次谐波分量损耗很小，第一隔直电容阻断直流信号使直流信号加载在倍频天线上。
8.根据权利要求2所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述准光器件为高阻介质透镜，倍频天线位于高阻介质透镜的焦点位置；或者所述准光器件为喇叭型的半开放金属腔体，倍频天线位于喇叭型的半开放金属腔体内，喇叭的底面为金属。
9.根据权利要求8所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述高阻介质透镜的介质材料为高阻硅，倍频天线紧贴高阻介质透镜的平面。
10.根据权利要求2-5、7的任一权利要求所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述太赫兹准光倍频器为200GHz准光四次倍频器，50GHz输入信号通过K头馈入，经过第一隔直电容、滤波器后进入倍频天线；第一隔直电容为贴片电容，容值47uF ;滤波器为高低阻抗式微带低通滤波器，截止频率为60GHz，在I IOGHz、220GHz附近的抑制度大于25dB ;倍频天线为GaAs基的单片倍频天线芯片，天线采用对数周期形式，工作频段为180-220GHZ ;倍频天线的一端与地相连；扼流电感为贴片电感，其感值为IOuH;所述准光器件为高阻硅扩展半球透镜，倍频天线位于透镜的焦点位置，高阻硅扩展半球透镜紧贴倍频天线背面。
11.根据权利要求I所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述太赫兹准光倍频器为太赫兹准光奇次倍频器，所述非线性器件具有对称的电流-电压特性和电容-电压特性，非线性器件为一对太赫兹肖特基二极管，非线性器件对加载到倍频天线上的输入信号产生奇次谐波分量，所述一对太赫兹肖特基二极管包括第一肖特基二极管和第二肖特基二极管，第一肖特基二极管的阴极与第二肖特基二极管阳极相连；第一肖特基二极管的阳极与第二肖特基二极管的阴极相连。
12.根据权利要求11所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述天线为平面天线，平面天线的中心频率为输出信号频率。
13.根据权利要求11所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述滤波器为低通滤波器，低通滤波器的截止频率位于输入信号频率及输入信号的二次谐波频率之间；或者所述滤波器为带通滤波器，带通滤波器的中心频率等于输入信号的频率，抑制频带涵盖输入信号的谐波分量频率。
14.根据权利要求11所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述的第一隔直电容对输入信号及其各次谐波分量损耗很小，第一隔直电容阻断直流信号使直流信号加载在倍频天线上。
15.根据权利要求11所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述准光器件为高阻介质透镜，倍频天线位于透镜的焦点位置；或者所述准光器件为喇叭型的半开放金属腔体，倍频天线位于喇叭型的半开放金属腔体内，喇叭的底面为金属。
16.根据权利要求15所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述高阻介质透镜的介质材料为高阻硅，倍频天线紧贴高阻介质透镜的平面。
17.根据权利要求12所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于 倍频天线采用半导体工艺制作，倍频天线的每一太赫兹肖特基二极管以半绝缘GaAs材料￠1)为衬底，在半绝缘GaAs材料￠1)上自下而上依次为重掺杂n+GaAs层(62)，轻掺杂n-GaAs层(63),重掺杂n+GaAs层(62)的浓度为1018cm_3量级，轻掺杂n-GaAs层(63)的浓度为IO16-IO17cnT3量级，所掺杂质为硅；太赫兹肖特基二极管包括肖特基接触阳极(71)、欧姆接触阴极(72)、电镀引线(73)、沟道(74) ;二氧化硅层￠4)形成在轻掺杂n-GaAs层(63)上，在二氧化硅层(64)开有小孔，肖特基接触阳极(71)位于小孔中，肖特基接触阳极(71)与轻掺杂η-型砷化镓层(63)接触形成肖特基结；欧姆接触阴极(72)形成在重掺杂η+型砷化镓层￠2)上；电镀引线(73)形成在二氧化硅层￠4)和肖特基接触阳极(71)上； 沟道(74)形成在重掺杂n+GaAs层(62)、轻掺杂n-GaAs层(63)和二氧化娃层(64)中，沟道(74)中重掺杂n+GaAs层(62)、轻掺杂n-GaAs层￠3)和二氧化硅层￠4)被除去；沟道(74)的形状为反锥形，沟道(74)的下表面与半绝缘GaAs材料(61)接触，沟道(74)的上表面与电镀引线(73)接触，沟道(74)的侧面从沟道(74)的下表面相对于半绝缘GaAs材料￠1)成预定的角度延伸到上表面，沟道(74)的上表面大于沟道(74)的下表面； 倍频天线的平面天线与所述肖特基二极管使用同一半绝缘GaAs材料￠1)为衬底。
18.根据权利要求11、12、14、17的任一权利要求所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述太赫兹准光倍频器为270GHz准光三次倍频器，90GHz输入信号通过波导-鳍线过渡结构馈入，经过第一隔直电容、滤波器进入倍频天线；第一隔直电容为贴片电容，容值47uF ;滤波器为高低阻抗式微带低通滤波器，截止频率为IOOGHz，在180GHz、270GHz附近的抑制度大于25dB ;倍频天线的天线采用蝶形天线形式，工作频段为260-280GHZ ;倍频天线的一端与地相连；天线、滤波器、传输线均制作在石英基片上；所述准光器件为喇叭型的半开放金属腔体，倍频天线位于喇叭型的半开放金属腔体内，喇叭的底面为金属，天线距离喇叭腔体的短路面距离为270GHz对应空间波长的四分之一。
19.根据权利要求2、4、5-9所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述太赫兹准光倍频器为太赫兹准光可偏置奇次倍频器，所述太赫兹准光倍频器还包括第二隔直电容，所述倍频天线还包括电容，所述非线性器件包括第一肖特基二极管和第二肖特基二极管，所述第一肖特基二极管的阴极与第二肖特基二极管的阳极相连，第二肖特基二极管的阴极通过电容与第一肖特基二极管的阳极相连，非线性器件对加载到倍频天线上的输入信号产生奇次谐波分量；直流信号由直流馈电端馈入，经过扼流电感加载到第一肖特基二极管的阳极上；第二肖特基二极管的阴极接地形成直流回路；所述倍频天线的一端与滤波器相连，另一端通过电容接地,从而实现射频信号回路。
20.根据权利要求2、4、5、7所述的太赫兹准光倍频器，其特征在于所述太赫兹准光倍频器为270GHz准光可偏置三次倍频器，所述太赫兹准光倍频器还包括第二隔直电容，所述倍频天线还包括电容，所述非线性器件包括第一肖特基二极管和第二肖特基二极管，第一肖特基二极管的阴极与第二肖特基二极管的阳极相连，第二肖特基二极管的阴极通过电容与第一肖特基二极管的阳极相连，非线性器件对加载到倍频天线上的输入信号产生奇次谐波分量；直流信号由直流馈电端馈入，经过扼流电感加载到第一肖特基二极管的阳极上；第二肖特基二极管的阴极接地形成直流回路；所述倍频天线的一端与滤波器相连，另一端通过第二隔直电容接地，从而实现射频信号回路；90GHz信号通过波导-鳍线过渡结构馈入，经过第一隔直电容、滤波器进入倍频天线；第一隔直电容为贴片电容，容值47uF;滤波器为高低阻抗式微带低通滤波器，截止频率为100GHz，在180GHz、270GHz附近的抑制度大于25dB ;倍频天线的天线采用蝶形天线形式，工作频段为260-280GHZ ;所述天线、滤波器、传输线均制作在石英基片上；准光器件为喇叭型的半开放金属腔体，喇叭的底面为金属，天线距离喇叭腔体的短路面距离为270GHz对应空间波长的四分之一。
全文摘要
本发明提供了一种太赫兹准光倍频器，包括第一隔直电容、滤波器、倍频天线和准光器件；所述倍频天线包括天线和非线性器件；输入信号经过第一隔直电容、滤波器后加载到倍频天线上，输入信号通过滤波器，输入信号的各次谐波分量被滤波器抑制；倍频天线的非线性器件对加载到倍频天线上的输入信号产生谐波分量；倍频天线的天线将所需的输出信号辐射出去；准光器件使输出信号具有更好的方向性。本发明的太赫兹准光倍频器体积小、重量轻、易于实现空间功率合成，可以实现高效奇次倍频器。
文档编号H03B19/00GK102904528SQ201210382948
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月11日 优先权日2012年10月11日
发明者胡延安 申请人:胡延安