[发明专利]一种基于InP工艺的太赫兹有源三倍频器

说明书

本发明公开了一种基于InP工艺的太赫兹有源三倍频器，包括依次连接的输入电路、太赫兹晶体管倍频电路和输出电路；所述输入电路包括依次连接的输入GSG探头、输入匹配电路和输入空闲电路，所述输出电路包括依次连接的输出基波空闲电路、输出二次谐波空闲电路、输出匹配电路和输出GSG探头。所述输入空闲电路及输出的基波、二次谐波空闲电路构成带阻滤波器，其中基波空闲电路构成基波带阻滤波器，本发明的输出电路无需设计单独的三倍频带通耦合滤波器或高通滤波器，提高了输入基波的利用效率并减少了输出三倍频的损耗，有效提升了倍频器的倍频效率。此外整个倍频电路采用单级共源晶体管电路，并基于InP工艺设计，具有更好的频率和功率特性。

技术领域

本发明涉及毫米波通信技术领域，具体涉及一种基于InP工艺的太赫兹有源三倍频器。

背景技术

太赫兹通信技术是未来6G通信的潜在关键技术，在毫米波和太赫兹通信系统中，利用低频源驱动的倍频链获得太赫兹信号是一种常用的方法。

对于倍频器而言，输入信号为正弦信号v_in＝V₀cosw₀t,输出电流为：

由上式可知，输出信号中包含了大量的谐波分量及直流分量，可以在输出电路匹配后，通过加入滤波器等电路结构，将需要的信号滤出，而反射不需要的信号，进而增加效率。

采用肖特基二极管实现的无源倍频器不消耗直流功率，但会产生转换损耗，需要更高的输入功率，且射频效率低。而有源倍频器具有输入功率相对较低，射频转换效率高，以及能够与其他功能电路进行单片集成的优点。另一方面，相比于二倍频设计，三倍频困难在输出滤波结构上的设计更为困难；如果使用基波的四分之一波长开路并联传输线来实现基波反射，则并联连接处的等效输入阻抗为Z_{in_eff}＝Z_in//Z_in1/4，其中Z_in1/4＝-jZ₀cotβL≈0(L＝λ/4)，由于cot函数的周期性，在基波与三次谐波频率下，Z_in1/4都近似于零，即Z_{in_eff}也近似于零，所需要的三次谐波也将被滤除，采用传统的微带枝节反射不能实现在三倍频电路中的基波空闲回路的功能。同时，半波长并行耦合带通滤波器和高通滤波器也常被用作三倍频的输出滤波器，但电路体积大，且会造成较大的功率损耗。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种高射频效率、低功率损耗且易于集成的基于InP工艺的太赫兹有源三倍频器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于InP工艺的太赫兹有源三倍频器，包括依次连接的输入电路、太赫兹晶体管倍频电路和输出电路；所述输入电路包括依次连接的输入GSG探头、输入匹配电路和输入空闲电路，所述输出电路包括依次连接的输出基波空闲电路、输出二次谐波空闲电路、输出匹配电路和输出GSG探头，所述太赫兹晶体管倍频电路为单级共源晶体管电路，所有电路都基于InP工艺制造。

进一步地，所述输入空闲电路由长度为1/4三次谐波波长的微带开路枝节构成三次谐波带阻滤波器，使产生的三次谐波反射到输出，提高射频效率。

进一步地，所述输入匹配电路为L型微带枝节匹配电路，用于实现从GSG电路到输入空闲电路的匹配。

进一步地，所述输出二次谐波空闲电路由长度为1/4二次谐波波长的微带开路枝节构成二次谐波带阻滤波器，使产生的二次谐波反射到单级共源晶体管电路，提高射频效率。

进一步地，所述输出基波空闲电路包括较短长度的微带线及与微带线相连的短路电容，输出基波空闲电路用于使基波反射到单级共源晶体管电路，以提高基波利用效率。

进一步地，所述输出匹配电路为L型微带枝节匹配电路，用于实现从输出GSG电路到输出空闲电路的匹配。