[发明专利]高频频率源装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，尤其涉及一种能够输出毫米波至太赫兹频率信号的高频频率源装置。

背景技术

工作频率达到毫米波以及太赫兹的高频频率源的实现是本领域当前的难题，由于三端口振荡源本身的输出功率和截止频率的限制，目前多是采用二极管负阻器件实现高频频率源装置，例如利用耿式(GUN)二极管或者雪崩二极管(IMPATT)，配合谐振腔实现毫米波振荡器，再通过倍频获得太赫兹振荡。该方案的缺点在于：由于二极管器件本身的特征导致基于二极管负阻结构的高频频率源装置噪声性能差；采用分立的谐振腔体，体积大，可调谐性能差，对温度、振动敏感；毫米波振荡器难以实现高稳定度锁相，因此难以获得高质量的频率源。

高频频率源设计中，倍频技术相对比较成熟，利用肖特基二极管，可以获得高于1THz的谐波，但是高次倍频需要以大功率低噪声的低频源为基础，以抵消倍频过程中不可避免的功率衰减和噪声恶化，当前采用二极管负阻器件的振荡器方案不满足这个要求。

在实现本发明的过程中，发明人意识到现有技术存在如下缺陷：基于二极管负阻结构的高频频率源装置噪声性能差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于解决现有技术中基于二极管负阻结构的高频频率源装置噪声性能差的技术问题，而提出一种高频频率源装置。

(二)技术方案

本发明的高频频率源装置，包括：单片氮化镓高电子迁移率晶体管GaN HEMT微波振荡器，用于产生高功率的微波振荡信号；锁相电路，用于接收微波振荡信号，实现对单片GaN HEMT微波振荡器输出的微波振荡信号的锁相；倍频电路，用于接收单片GaN HEMT微波振荡器产生的经过锁相的微波振荡信号，并将微波振荡信号倍频到预设高频频率后输出。

优选地，本技术方案中，锁相电路包括：预分频器，用于接收微波振荡信号，并对微波振荡信号进行预分频；晶振参考源，用于生成参考频率信号；微波锁相环，用于将预分频后的微波振荡信号与参考频率信号进行比较，生成校准电压信号，并将校准电压信号发送至单片GaN HEMT微波振荡器，实现对单片GaN HEMT微波振荡器产生的微波振荡信号的锁相。

优选地，本技术方案中，单片GaN HEMT微波振荡器的输出功率大于1W。单片GaN HEMT微波振荡器的工作频率在X波段。当预设高频频率在毫米波段时，肖特基二极管倍频电路采用砷化镓GaAs肖特基二极管实现；当预设高频频率在太赫兹波段时，肖特基二极管倍频电路采用磷化铟InP肖特基二极管实现。

(三)有益效果

GaN HEMT器件具有截止频率高、输出功率大的优点，将其应用于高频频率源，能够满足大功率微波压控振荡器设计的需求，并易于实现锁相。本发明提出的利用单片GaN HEMT微波振荡器的高频频率源装置解决了现有技术中基于二极管负阻结构的高频频率源装置噪声性能差的技术问题，具有低噪声的优点。

附图说明

图1为根据本发明实施例一高频频率源装置的示意图；

图2为根据本发明实施例二高频频率源装置的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

实施例一

图1为根据本发明实施例一高频频率源装置的示意图。如图1所示，本发明公开的高频频率源装置包括：单片GaN HEMT微波振荡器10，用于产生高功率的微波振荡信号；锁相电路20，与单片GaN HEMT微波振荡器10相连，用于接收所述微波振荡信号，实现对单片GaN HEMT微波振荡器10输出的微波振荡信号的锁相；倍频电路30，与单片GaN HEMT微波振荡器10相连，用于接收单片GaN HEMT微波振荡器产生的经过锁相的微波振荡信号，并将微波振荡信号倍频到预设高频频率后输出。

现有技术中常规的三端口振荡源，由于其输出功率低，从而难以通过高次倍频获得高频频率源。而GaN HEMT器件是典型的高功率半导体器件，具有高输出功率，高击穿电压，高工作温度，大工作电流的优势，并且其截止频率可达100GHz，器件的栅源和栅漏的电容具有压控变容特性，因此能够满足大功率微波压控振荡器设计的需求，并易于实现锁相。并且利用单片高功率GaN振荡器，在获得大功率高质量频谱输出的同时，可以有效降低系统体积，提高可靠和稳定性性。