[发明专利]一种基于锁相、注入相位同步和功率合成技术的信号源

说明书

技术领域

本发明属于微电子学技术领域，涉及一种基于锁相、注入相位同步和功率合成技术的信号源。

背景技术

太赫兹(TeraHertz, THz)波是指频率在0.1～10THz(波长0.03-3mm)范围内的电磁波，其波段介于微波与远红外光之间，是电磁波频谱中有待研究的最后一个频谱窗口。太赫兹波结合了微波和红外光波的诸多优点，具有很多特殊的性质，如瞬态性、宽带性、相干性和很好的穿透性等，因此太赫兹频段在医学成像、高速无线通信、雷达遥感探测、反恐缉毒等领域具有重大的应用前景和独特的优势。     

太赫兹源是实现太赫兹应用的瓶颈，基于光子学和真空电子学的太赫兹源具有输出波长短、辐射功率高等优点，在远距离成像和非破坏高穿透波普研究等领域得到应用；但存在所需设备的体积庞大、能耗高、输出稳定性差等缺点，应用领域受到限制。随着半导体工艺的进步和器件性能的快速提高，太赫兹固态分立电路或固态单片集成电路成为实现高稳定、可调谐、小型化太赫兹源的有效方式。但受有源器件击穿电压、最高震荡频率f_max及互连线和衬底损耗等的限制，固态太赫兹源的输出功率较低，通常硅基太赫兹信号源的功率在微瓦级别，已报道的最大功率为1mW，极低的输出功率使固态太赫兹源的应用和推广受到了严重的限制。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种基于锁相、注入相位同步和功率合成技术的高功率信号源。

本发明包括一个锁相环、一个注入锁定振荡器阵列和一个功率合成单元；锁相环的参考信号输入端作为信号源的参考信号输入端，锁相环的同相输出端接注入锁定振荡器阵列的同相注入端，锁相环的反相输出端接注入锁定振荡器阵列的反相注入端；注入锁定振荡器阵列的各同相输出端接功率合成单元的同相输入端，注入锁定振荡器阵列的各反相输出端接功率合成单元的反相输入端；功率合成单元的同相输出端作为信号源的同相输出端，功率合成单元的反相输出端作为信号源的反相输出端。

所述注入锁定振荡器阵列包括两个以上注入锁定压控振荡器；各注入锁定振荡器的同相注入端连接作为注入锁定振荡器阵列的同相注入端，各注入锁定振荡器的反相注入端连接作为注入锁定振荡器阵列的反相相注入端；第一注入锁定振荡器的同相输出端作为注入锁定振荡器阵列的第一同相输出端，第一注入锁定振荡器的反相输出端作为注入锁定振荡器阵列的第一反相输出端；第二注入锁定振荡器的同相输出端作为注入锁定振荡器阵列的第二同相输出端，第二注入锁定振荡器的反相输出端作为注入锁定振荡器阵列的第二反相输出端；以此类推；

所述注入锁定振荡器包括六个NMOS管、四个电感、两个变容管及四根传输线；第一NMOS管的栅极、第二NMOS管的漏极、第四NMOS管的漏极、第六NMOS管的源极、第二变容管的一端及第二电感的一端连接；第二NMOS管的栅极、第一NMOS管的漏极、第三NMOS管的漏极、第五NMOS管的源极、第一变容管的一端及第一电感的一端连接；第三NMOS管的栅极接注入锁定振荡器的同相注入端，第四NMOS管的栅极接注入锁定振荡器的反相注入端；第一NMOS管的源极与第二NMOS管的源极、第三NMOS管的源极、第四NMOS管的源极连接并接地；第一电感的另一端与第二电感的另一端相连；第一变容管的另一端与第二变容管的另一端连接，作为注入锁定振荡器的外部电压控制端；第五NMOS管的栅极与第三电感的一端连接，第六NMOS管的栅极与第四电感的一端连接；第三电感的另一端与第四电感的另一端连接，作为注入锁定振荡器的电压偏置端；第五NMOS管的漏极与第一传输线的一端连接，第六NMOS管的漏极与第三传输线的一端连接；第一传输线的另一端与第二传输线的一端连接，作为注入锁定振荡器的同相输出端，第三传输线的另一端与第四传输线的一端连接，作为注入锁定振荡器的反相输出端；第二传输线的另一端与第四传输线的另一端连接，作为注入锁定振荡器的电源输入端；

所述第一传输线和第三传输线的长度为注入信号波长的二分之一；第二传输线和第四传输线的长度为注入信号波长的四分之一；

所述功率合成单元包括四根传输线；第五传输线的一端作为功率合成单元的同相输入端；第五传输线的另一端与第六传输线的一端连接，作为功率合成单元的同相输出端；第七传输线的一端作为功率合成单元的反相输入端；第七传输线的另一端与第八传输线的一端连接，作为功率合成单元的反相输出端；第六传输线的另一端、第八传输线的另一端接地；

所述的第五传输线、第六传输线、第七传输线和第八传输线的长度为输入信号波长的四分之一；