[发明专利]新型单片集成太赫兹二次谐波混频器

说明书

本发明公开了一种新型单片集成太赫兹二次谐波混频器，涉及太赫兹混频器技术领域。所述混频器包括衬底，所述衬底上形成有混频电路，所述混频电路包括射频输入端口，所述射频输入端口经射频匹配结构与射频滤波结构的一端连接，所述射频匹配结构的另一端分为两路，第一路与中频滤波结构的一端连接，第二路与混频二极管对的输入端连接；本振端口经本振匹配结构与本振滤波结构的一端连接，所述本振滤波结构的另一端与混频二极管对的输入端连接，所述中频滤波结构的另一端与中频输出端口连接。本申请所述混频器工艺成熟，芯片一致性好，可在片测试筛选。

技术领域

本发明涉及太赫兹混频器技术领域，尤其涉及一种新型单片集成太赫兹二次谐波混频器。

背景技术

太赫兹（THz）波是指0.3THz~3THz频率范围内的电磁波，其中1THz=1000GHz。现在业内普遍认为，太赫兹频率的范围可以扩展到0.1THz~10THz，既高于100GHz的频率属于太赫兹频率。THz波在电磁波频谱中占据独特位置，在安检成像、高速无线通信等方面具有广阔的应用前景，是当前国际科技界和产业界的重点聚焦领域。

由于在太赫兹频段难以获得较大的本振驱动功率，太赫兹频段的混频器通常采用谐波混频的形式，将本振频率降低到射频频率的N分之一（N=2、4、6……），其中最常用的是二次谐波混频器。

目前国内外公开报道的太赫兹混频器芯片主要是基于混合集成的方法实现。分别设计加工基于石英衬底的电路无源结构和基于GaAs基的太赫兹肖特基二极管，再通过倒装焊接技术将分立的二极管与石英基板集成为完整的混频器电路。这种混合集成电路的实现方法具有很多的局限性，使得混合集成的混频器芯片难以实用和量产。

首先，太赫兹频段的肖特基二极管尺寸非常小，通常小于百微米，这就需要芯片的倒装焊接步骤需要由非常专业的技术人员操作，效率极低。即便如此，倒装焊接的移位误差通常也在十微米量级，这个误差对于太赫兹频段的电路来说是难以接受的，会导致混频损耗增加。另一方面，混合集成的混频器芯片的各端口采用波导微带过渡的电路形式，必须将混频器芯片装配成模块形式才能进行测试和使用，无法直接进行芯片测试。由于太赫兹频段频率高，波导尺寸小，对模块腔体的机械加工精度要求极高，这就导致了加工成本高昂，工时长，加大了太赫兹混频器芯片的研发周期和成本。

也有人提出了一些混合集成电路的改进方法，在电路设计时，将电路无源结构的衬底由石英衬底替换成与肖特基二极管相同的GaAs基衬底，并且保持无源结构衬底厚度与肖特基二极管厚度相同。在电路制造时，先制作分立的肖特基二极管，再通过金属溅射和电镀方式在二极管外围制作电路无源结构。通过这种方法可以实现芯片的一体化设计，有利于提升设计精度和效率。但是，这种方法在制作电路时无法实现连接衬底背面的金属通孔，制作完成的芯片仍需额外设计接地的外围电路。同时，预先制作好的肖特基二极管受到后续的溅射电镀工艺的影响导致性能恶化的风险也难以避免。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种工艺成熟，芯片一致性好，可在片测试筛选的新型单片集成太赫兹二次谐波混频器。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种新型单片集成太赫兹二次谐波混频器，其特征在于：包括衬底，所述衬底上形成有混频电路，所述混频电路包括射频输入端口，所述射频输入端口经射频匹配结构与射频滤波结构的一端连接，所述射频匹配结构的另一端分为两路，第一路与中频滤波结构的一端连接，第二路与混频二极管对的输入端连接；本振端口经本振匹配结构与本振滤波结构的一端连接，所述本振滤波结构的另一端与混频二极管对的输入端连接，所述中频滤波结构的另一端与中频输出端口连接；射频信号由射频端口输入后依次通过射频匹配结构、射频滤波结构后进入混频二极管对；混频器的本振信号由本振端口输入后依次通过本振匹配结构、本振滤波结构后进入混频二极管对；中频信号由混频二极管对的两个二极管中间输出，经由中频滤波结构、中频端口输出。

进一步的技术方案在于：所述射频输入端口以及本振端口分别经一个隔直平面电容与匹配结构连接。