[发明专利]太赫兹小型化多功能集成接收机前端

说明书

技术领域

本发明涉及接收机领域，具体涉及太赫兹小型化多功能集成接收机前端。

背景技术

在电磁频谱家族中，频率在0.1THz至10THz范围的太赫兹(Terahertz，THz)波处在电子学和光子学研究频段之间的特殊位置。在科学技术的发展进程中，对这一频段的研究和开发利用曾受制于彼时科学研究手段和技术条件的限制而发展较晚，一度被称为电磁频谱中的“间隙”，对它的研究和技术开发仅局限在天体物理学和射电天文学领域中，在这些领域需要研究太赫兹频段的分子谱学(molecular spectroscopy)从而探索宇宙的物质构成。随着科学技术的进步，同时也正是由于太赫兹频段位置的特殊性以及对该频段的探索和利用相对较少，在最近二三十年来，在学术界甚至工业界都掀起了一股太赫兹科学与技术研究的热潮，众多科技前沿学科纷纷进入该研究处女地，使得太赫兹科学技术目前已成为国际学术界的一大热点研究领域。

由于太赫兹频段处于宏观经典理论向微观量子理论的频谱过渡区，太赫兹波的产生、探测、调控等机制与传统电子学和红外光子学的机制有所相似，又有所不同，现有成熟的一些理论和技术方法难以完全适用于太赫兹频段，这就需要探索研究适应这一频段的新理论和新方法，也就是说，为更好地探索和利用太赫兹波，需要相关理论的创新和技术的突破。这一切吸引了诸如微纳电子学、非线性光学、晶体材料学、生命科学等相关学科向太赫兹频段渗透和延伸，逐渐形成了许多全新的交叉研究方向和研究领域，同时这些研究方向还在不断延伸。

目前所研究的太赫兹电路模块多为单一功能模块，仅能实现低噪声放大或混频单一功能，并在单一模块的基础上进行级联来实现太赫兹系统电路。设计中每个单独模块需要一个基片和腔体来承载电路，因此在整体电路中需要多个基片和腔体，且需要连接波导。这样设计加工比较复杂、成本高且具有不必要的内部传输损耗。实现固态太赫兹应用系统的前提，首先需要研究高性能太赫兹接收前端系统。在现有的接收机系统中，低噪声放大器、混频器、本振驱动源均作为单独的模块进行加工设计，然后将本振驱动源的输出波导和混频器的本振波导相连接，使本振驱动源为混频器提供能量，同时混频器的射频端口与低噪声放大器的波导相连接，组成一个前端，低噪声放大器接收到的信号经过放大后，进入混频器对信号进行处理。在这种设计中，需要三个单独的电路腔体分别容纳低噪声放大器电路、混频器电路和本振驱动源电路。现有结构存在损耗高、太赫兹接收机的成本高及复杂度高等缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是让低噪声放大器、本振驱动源和混频器集成在同一个GaAs衬底和腔体内，目的在于提供太赫兹小型化多功能集成接收机前端，基于单片集成技术，在太赫兹频段将低噪声放大器、混频器和本振驱动源在同一个以GaAs砷化镓为衬底的基片和腔体内进行加工，设计出的太赫兹接收机前端可同时实现低噪声放大、倍频和混频多个功能，极大降低太赫兹接收机的成本及复杂度，实现了太赫兹接收机前端的小型化，有效简化电路设计和加工，节约成本、减少内部损耗。