[实用新型]新型F波段三倍频器

说明书

技术领域

本实用新型涉及太赫兹器件技术领域，尤其涉及一种新型F波段三倍频器。

背景技术

太赫兹（THz）波从广义上来讲，是指频率在0.1THz-10THz范围内的电磁波，其中1THz=1000GHz，也有人认为太赫兹频率是指0.3THz-3THz范围内的电磁波。THz波在电磁波频谱中占有很特殊的位置，THz技术是国际科技界公认的一个非常重要的交叉前沿领域。F波段是指90GHz-140GHz之间的电磁频率。

F波段由于其频率较高，在高速通信等领域有着非常巨大的潜在应用。若要利用此波段，需制作F波段的频率源，由于其频率高，目前常用的是基于倍频的形式将低端频率倍乘至该频段，其中利用Ka波段三倍频，可以将频率扩展至F波段。目前该形式的三倍频器，其核心电子器件多采用GaAs肖特基二极管，GaAs肖特基二极管由于其迁移率较高，串联电阻小，截止频率高，在F波段以及太赫兹频段有了非常广泛的应用，但是GaAs肖特基二极管的击穿电压较低，能承载的功率容量有限。

GaN是第三代宽带半导体材料，其GaN材料带隙为3.4eV，相对于GaAs材料带隙1.4eV，带隙更宽，GaN具有更高的击穿电压，又由于GaN材料相对于GaAs材料具有更好的散热能力，因此GaN基肖特基二极管相对于GaAs基肖特基二极管可以承受更高的输入功率，并且散热性能更好。

国际上对GaN基高频肖特基二极管研究较少，一是由于材料迁移率低，二是工艺复杂，基于GaN肖特基二极管制作F波段甚至太赫兹频段的倍频器，从未见到过。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种新型F波段三倍频器，所述三倍频器的耐受功率高、散热性能好、可靠性更好。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种新型F波段三倍频器，其特征在于：包括石英基板、GaN基高截止频率肖特基二极管、射频输出波导和基波输入波导，石英基板上的第一传输微带线横跨在基波输入波导上，将基波信号过度到石英微带电路上，第一传输微带线经第二传输微带线、低通滤波器与基板匹配传输线的一端连接，基板匹配传输线的另一端与GaN基高截止频率肖特基二极管的正极连接，GaN基高截止频率肖特基二极管的负极接地；输出匹配微带线的一端与GaN基高截止频率肖特基二极管的正极连接，另一端与输出端过度微带线的一端连接，输出端过度微带线横跨在射频输出波导上，将所需要的谐波信号从石英微带电路过度至射频输出波导；所述第一传输微带线、第二传输微带线、低通滤波器、基板匹配传输线、GaN基高截止频率肖特基二极管、输出匹配微带线和输出端过度微带线位于所述石英基板上。

进一步的技术方案在于：所述低通滤波器为5阶或7阶高低阻抗微带滤波器。

进一步的技术方案在于：所述GaN基高截止频率肖特基二极管包括四个GaN基二极管，其中两个为一组，一组中的两个GaN基二极管先串联，再与另一组中串联的两个GaN基二极管并联。

进一步的技术方案在于：石英基板的厚度为30微米到75微米。

进一步的技术方案在于：石英基板整体放置在射频输出波导和基波输入波导之间的波导槽中，波导槽的槽宽比石英基板宽40微米-60微米。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型采用高截止频率GaN基肖特基二极管作为非线性倍频器件，输入输出采用波导微带过度电路形式，输入端基波信号过度到石英电路上接基波低通滤波器，经基波匹配电路后达到GaN基肖特基二极管，产生三次谐波信号，三次谐波经输出端匹配电路后，经微带波导转换达到输出波导端输出。其中基波低通滤波器可以通过基波输入信号，阻止二次谐波和三次谐波信号，输出端采用减高波导，减高波导的设计尺寸要求可以截止基波的二次谐波频率。本实用新型的优势在于：非线性倍频器件采用GaN基高截止频率肖特基二极管，GaN基二极管的截止频率高达0.8THz，其相对于GaAs相同阳极结面积的肖特基二极管，其耐受功率可以增加3dB-4dB；器件电路为非平衡式电路设计，器件热回路更好，散热效果好；器件采用零偏置工作，可靠性更好。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

其中：101、射频输出波导102、基波输入波导103、石英基板104、第一传输微带线105、第二传输微带线106、低通滤波器107、基板匹配传输线108、输出匹配微带线109、输出端过度微带线110、GaN基高截止频率肖特基二极管。

具体实施方式