[发明专利]一种基于片上太赫兹倍频调制多功能芯片

摘要

本发明属于太赫兹波集成多功能器件、电磁通信领域，涉及一种基于片上太赫兹倍频调制多功能芯片。本发明采用单片集成的方式，将倍频电路和调制电路集成在一个介质板上，保证二极管馈电和加载调制信号独立互不干扰，实现整个链路的小型化，减少级联等因素带来的插入损耗，太赫兹多功能芯片在未来太赫兹无线通信、太赫兹波谱技术等领域具有非常大的优势。

主权项

1.一种基于片上太赫兹倍频调制多功能芯片，包括输入基波波导、减高波导、GaN多管芯二极管倍频模块、高次谐波微带过渡、调制模块、微带输出过渡、输出波导、调制信号加载端和低通滤波器，其特征在于：/n所述输入基波波导接收基波信号的馈入，电场方向平行于输入基波波导的窄边，经波导-微带过渡，再由减高波导完成GaN多管芯二极管输入阻抗匹配后，直接加载到GaN多管芯二极管倍频模块上；所述减高波导作为GaN多管芯二极管倍频模块的输入匹配电路，将标准波导的高阻抗匹配到GaN多管芯二极管倍频模块中二极管对的嵌入阻抗，从而使基波信号顺利进入到管芯中；并且减高波导延伸至GaN多管芯二极管倍频模块中二极管对的另一侧，形成波导短路面，基波信号在此短路面反射回输入通道，与输出端隔离开；/n所述GaN多管芯二极管倍频模块产生太赫兹波即二次谐波，经高次谐波微带过渡传输到调制模块，包括：GaN多管芯二极管、微带线短路面、弧形空气腔、介质基板、二极管输出匹配微带枝节、波导短路面、悬置微带上腔体和悬置微带下腔体；GaN多管芯二极管为容性肖特基二极管；/n所述调制模块是基于微带线结合晶体管的太赫兹行波开关组，包括：基板上传输太赫兹波的主微带传输线、n个嵌入HEMT的枝节线、平面覆盖的地线和基板上作为加载调制信号的栅极线，n≥1；主微带传输线接收倍频模块高次太赫兹波信号的馈入；/n嵌入HEMT的枝节线作为行波开关，为调制模块的核心，包括半导体衬底、设置于半导体衬底上的异质结构外延层和设置于外延层上的枝节线单元结构；/n太赫兹行波开关组中的每个调制单元即行波开关，包括：连接HEMT的源极、漏极的枝节线、半导体掺杂异质结构和作为馈线的栅极；其中HEMT源极与地线相连、漏极与主传输线相连，二者中心位置设置于栅极连接线，栅极线一端与地线相连构成回路，另一端横穿整个行波开关，与调制信号加载端相连；另外，栅极线设置于半导体掺杂异质结构的上方，相邻调制单元的栅极线公用，通过半导体掺杂异质结构连接源极和漏极短枝节，半导体掺杂异质结构设置于栅极线的下方；/n所述调制信号加载端加载调制信号到调制模块的栅极线上，控制HEMT二维电子气浓度，当HEMT导通的时候等效为小电阻，整体调制模块阻抗匹配，而其断开等效为大电阻，整体呈不匹配态，从而改变太赫兹波的传输特性；/n所述微带输出过渡与调制模块之后的主微带传输线相接，使其经调制信号加载端调制后的太赫兹波信号经主微带传输线从输出波导输出；/n所述低通滤波器与主微带传输线相接，作为GaN多管芯二极管的直流馈电端，低通滤波器优选工字型以减小基片长度，放置于基片末端以利于器件小型化。/n