CH717280B1 - Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul, umfassend eine obere Metallbasis, eine untere Metallbasis (2), einen ersten passenden Wellenleiter (3), einen Chipkanal (4), einen zweiten passenden Wellenleiter (5) und einen Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip ; wobei die obere Metallbasis und die untere Metallbasis (2) eine Kammer ausbilden, und wobei der erste passende Wellenleiter (3) am Eingabeende in der Kammer und der zweite passende Wellenleiter (5) am Ausgabeende in der Kammer angeordnet sind; und wobei der Chipkanal (4) zwischen dem Eingabeende und dem Ausgabeende der Kammer vorgesehen ist, und wobei in dem Chipkanal (4) der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip angeordnet ist; und wobei der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungskern an der oberen Metallbasis installiert ist, und wobei der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip jeweils mit dem ersten passenden Wellenleiter (3) und dem zweiten passenden Wellenleiter (5) verbunden ist. Dadurch kann die Komplexität der Übertragungsausrüstung der Terahertzwellen verringert und die Integration der entsprechenden Ausrüstung erhöht werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Schaltungen, insbesondere ein Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul.

STAND DER TECHNIK

[0002] Der Begriff Terahertzwelle (Terahertz, abgekürzt THz) bezieht sich üblicherweise auf elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz im Bereich von 0,1 THz bis 10 THz (Wellenlänge von 30 µm bis 3 mm). 1 THz (10<12>Hz) entspricht einer Wellenzahl von 33,3 cm<-1>, einer Energie von 4,1 meV und einer Wellenlänge von 300 µm. In Bezug auf das Frequenzspektrum liegen die Terahertzwellen im elektromagnetischen Spektrum zwischen der Mikrowelle und dem Infrarot, im Übergangsbereich von der Elektronik zur Photonik und im Übergangsbereich von der makroskopischen klassischen Theorie zur mikroskopischen Quantentheorie. Die Terahertzwellen werden auf dem Gebiet der Elektronik als Submillimeterwellen und auf dem Gebiet der Optik auch als Ferninfrarotstrahlen bezeichnet, und aus energetischer Sicht liegt die Energie des Terahertzbandes zwischen den Elektronen und Photonen.

[0003] Mit herkömmlichen elektronischen und optischen Verfahren können Terahertzwellen hoher Qualität schwer erzeugt werden. Mit der Entwicklung der Optoelektronik und der Halbleitertechnologie können unter Verwendung ultraschneller Laser zum Beschießen nichtlinearer Kristalle oder photoleitender Dipole Terahertzwellen mit einer Milliwatt-Ausgangsleistung und einer einstellbaren Frequenz realisiert werden, was eine stabile und wirksame Forschungsmethode darstellt. Mit einer elektrischen Vakuum-Rückwärtswellenröhre mit einer Phasenregelschleife (Phase-locked Backward-wave Oszillator (BWO)) können auch Terahertzwellen von unter 1,2 THz mit einer Milliwatt-Ausgangsleistung und einer einstellbaren Frequenz realisiert werden; mit einem Quantenkaskadenlaser (QCL) mit einer Phasenregelschleife (phase-locked loop (PLL)) können die Terahertzwellen von über 2 THz mit einer Milliwatt-Ausgangsleistung und einer einstellbaren Frequenz realisiert werden. Diese Technologien weisen jedoch die Probleme mit der Systemkomplexität und der schlechten Integration auf.

INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

[0004] Hinsichtlich der oben geschilderten Probleme stellt die vorliegende Erfindung ein Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul zur Verfügung.

[0005] Um den Zweck der vorliegenden Erfindung zu erzielen, stellt sie ein experimentell verifiziertes Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul zur Verfügung, umfassend eine obere Metallbasis, eine untere Metallbasis, einen ersten passenden Wellenleiter, einen Chipkanal, einen zweiten passenden Wellenleiter und einen Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip; wobei die obere Metallbasis und die untere Metallbasis eine Kammer ausbilden, und wobei der erste passende Wellenleiter am Eingabeende in der Kammer und der zweite passende Wellenleiter am Ausgabeende in der Kammer angeordnet sind; und wobei der Chipkanal zwischen dem Eingabeende und dem Ausgabeende der Kammer vorgesehen ist, und wobei in dem Chipkanal der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip angeordnet ist; und wobei der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungskern an der oberen Metallbasis installiert ist, und wobei der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip jeweils mit dem ersten passenden Wellenleiter und dem zweiten passenden Wellenleiter verbunden ist.

[0006] In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul weiterhin eine DC-Einspeiseleitung und einen SMA-Anschluss, wobei die DC-Einspeiseleitung zwischen dem Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip und dem SMA-Anschluss geschaltet ist, und wobei der SMA-Anschluss zum Einführen einer externen Stromversorgung verwendet wird.

[0007] In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip einen Chipkörper und ein Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaar, eine Eingangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit, eine Ausgangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit, einen Hoch- und Niederimpedanz-Tiefpassfilter, eine DC-Vorspannungsleitung und eine Strahlleitung, die jeweils auf dem Chipkörper angeordnet sind; wobei in dem Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaar eine Gleichstrom- und Radiofrequenzschleife gebildet ist, und wobei ein erstes Ende des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars mit der Ausgangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit verbunden ist, und wobei ein zweites Ende des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars mit dem Hoch- und Niederimpedanz-Tiefpassfilter verbunden ist, und wobei ein drittes Ende des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars mit der DC-Vorspannungsleitung verbunden ist, und wobei ein viertes Ende des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars mit der Erdungsstrahlleitung verbunden ist, und wobei der Hoch- und Niederimpedanz-Tiefpassfilter durch die Eingangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit mit dem ersten passenden Wellenleiter verbunden ist, und wobei die Ausgangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit mit dem zweiten passenden Wellenleiter verbunden ist.

[0008] In einem Ausführungsbeispiel ist die topologische Struktur des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars eine Reihenstruktur.

[0009] In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip eine Galliumarsenidmembran oder ein Quarzsubstrat. In einem Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke des Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschips 2-50 µm.

[0010] In einem Ausführungsbeispiel ist auf den beiden Seiten der oberen Metallbasis und der unteren Metallbasis jeweils eine Schnittstelle zum Verbinden eines Standardflansches vorgesehen.

[0011] In einem Ausführungsbeispiel sind die obere Metallbasis und die untere Metallbasis durch einen Positionierstift miteinander verbunden.

[0012] In dem obigen Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul ist der erste passende Wellenleiter an einem Eingabeende in der entsprechenden Kammer angeordnet, während der zweite passende Wellenleiter an einem Ausgabeende in der Kammer angeordnet ist, wobei zwischen dem Eingabeende und dem Ausgabeende der Kammer der Chipkanal angeordnet ist, um den Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip anzuordnen, auf die Weise können die Terahertzwellen durch den ersten passenden Wellenleiter in den Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip eingegeben und durch den zweiten passenden Wellenleiter ausgegeben werden, um eine Übertragung der Terahertzwellen der jeweiligen Wellenbänder zu realisieren, dadurch kann die Komplexität der Übertragungsausrüstung der Terahertzwellen verringert und die Integration der entsprechenden Ausrüstung erhöht werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0013] Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmoduls in einem Ausführungsbeispiel. Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer unteren Metallbasis eines Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmoduls in einem Ausführungsbeispiel. Figur 3 zeigt eine Draufsicht einer unteren Metallbasis eines Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmoduls in einem Ausführungsbeispiel. Figur 4 zeigt eine schematische Strukturansicht eines Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschips in einem Ausführungsbeispiel. Figur 5 zeigt ein schematisches Teildiagramm eines Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars in einem Ausführungsbeispiel. Figur 6 zeigt ein schematisches Diagramm der Ausgangsleistungsergebnisse eines Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmoduls in einem Ausführungsbeispiel.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

[0014] Im Zusammenhang mit Figuren und Ausführungsformen wird die vorliegende Erfindung im Folgenden näher erläutert, damit das Ziel, die technischen Lösungen und die Vorteile der vorliegenden Erfindung klarer werden. Es versteht sich, dass die hier geschilderten ausführlichen Ausführungsformen nur zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung dient, statt die vorliegende Erfindung zu beschränken.

[0015] Die in der vorliegenden Beschreibung erwähnte „Ausführungsform“ bedeutet, dass die im Zusammenhang mit der Ausführungsform erläuterten spezifischen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung enthalten werden können. Das Auftreten eines Begriffs an verschiedenen Stellen der Beschreibung bezieht sich nicht unbedingt auf dieselbe Ausführungsform oder eine unabhängige oder alternative Ausführungsform, die sich mit anderen Ausführungsformen gegenseitig ausschließt.

[0016] Wie in Figuren 1, 2 und 3 dargestellt, zeigt Figur 1 eine schematische Strukturansicht eines Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmoduls in einem Ausführungsbeispiel, umfassend eine obere Metallbasis 1, eine untere Metallbasis 2, einen ersten passenden Wellenleiter 3, einen Chipkanal 4, einen zweiten passenden Wellenleiter 5 und einen Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip 7; wobei die obere Metallbasis 1 und die untere Metallbasis 2 eine Kammer ausbilden, und wobei der erste passende Wellenleiter 3 am Eingabeende in der Kammer und der zweite passende Wellenleiter 5 am Ausgabeende in der Kammer angeordnet sind; und wobei der Chipkanal 4 zwischen dem Eingabeende und dem Ausgabeende der Kammer vorgesehen ist, und wobei in dem Chipkanal 4 der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip 7 angeordnet ist; und wobei der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip 7 an der oberen Metallbasis 1 installiert ist, und wobei der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip 7 jeweils mit dem ersten passenden Wellenleiter 3 und dem zweiten passenden Wellenleiter 5 verbunden ist.

[0017] Insbesondere ist der Arbeitsbereich des Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschips 7 für die Vollbandabdeckung jedes Terahertz-Wellenbandes geeignet und nicht auf 750GHz-1100GHz beschränkt. Das entsprechende Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul ist in ähnlicher Weise für 60-90 GHz, 75-110 GHz, 110-170 GHz, 140-220 GHz, 220-325 GHz, 325-500 GHz, 400-600 GHz, 500-750 GHz, 600-900 GHz, 900-1400 GHz, 1100-1700 GHz, 1400-2200 GHz und höhere Wellenbänder geeignet.

[0018] Bevorzugt werden der erste passende Wellenleiter 3 am Eingabeende, der Chipkanal 4 und der zweite passende Wellenleiter 5 am Ausgangsende durch Präzisions-CNC-Fräsen an der oberen und unteren Metallbasis erhalten. Die obere Metallbasis 1 und die untere Metallbasis 2 bestehen aus Aluminium. In anderen Ausführungsbeispielen kann auch Kupfer ausgewählt werden, das zuerst durch Präzisions-CNC-Fräsen mit einer Präzisionswerkzeugmaschine bearbeitet wird, und dann wird die Oberfläche vergoldet.

[0019] In dem obigen Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul sind in den durch die obere Metallbasis 1 und die untere Metallbasis 2 gebildeten Kammern jeweils ein erster passender Wellenleiter 3 am Eingabeende und ein zweiter passender Wellenleiter 5 am Ausgangsende mit gleicher Struktur angeordnet, wobei in den Kammern weiterhin ein Chipkanal 4 angeordnet ist; und wobei in dem Chipkanal 4 ein Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip 7 angeordnet ist, der an der oberen Metallbasis 1 installiert ist, und wobei der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip 7 jeweils mit dem passenden Wellenleiter 3 am Eingabeende und dem passenden Wellenleiter 5 am Ausgangsende verbunden ist, auf die Weise können die Terahertzwellen durch den ersten passenden Wellenleiter 3 in den Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip 7 eingegeben und durch den zweiten passenden Wellenleiter 5 ausgegeben werden, um eine Übertragung der Vollband-Terahertzwellen zu realisieren.

[0020] In dem obigen Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul ist der erste passende Wellenleiter 3 an einem Eingabeende in der entsprechenden Kammer angeordnet, während der zweite passende Wellenleiter 5 an einem Ausgabeende in der Kammer angeordnet ist, wobei zwischen dem Eingabeende und dem Ausgabeende der Kammer der Chipkanal 4 angeordnet ist, um den Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip 7 anzuordnen, auf die Weise können die Terahertzwellen durch den ersten passenden Wellenleiter 3 in den Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip 7 eingegeben und durch den zweiten passenden Wellenleiter 5 ausgegeben werden, um eine Übertragung der Terahertzwellen der jeweiligen Wellenbänder zu realisieren, dadurch kann die Komplexität der Übertragungsausrüstung der Terahertzwellen verringert und die Integration der entsprechenden Ausrüstung erhöht werden.

[0021] Wie in Figur 3 dargestellt, umfasst das Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul in einem Ausführungsbeispiel weiterhin eine DC-Einspeiseleitung 10 und einen SMA (SubMiniature version A)-Anschluss 11, wobei die DC-Einspeiseleitung 10 zwischen dem Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip 7 und dem externen SMA-Anschluss 11 geschaltet ist, und wobei der SMA-Anschluss 11 zum Einführen einer externen Stromversorgung (wie Einführen einer externen DC-Vorspannung) verwendet wird.

[0022] In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann eine externe DC-Vorspannung durch einen SMA-Anschluss 11 eingeführt werden, und sie wird mit der DC-Einspeiseleitung 10 verbunden, geht durch die DC-Vorspannungsleitung 76 des Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschips 7 und erreicht das Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaar 72, um einen reibungslosen Betrieb des Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmoduls zu garantieren.

[0023] Wie in Figur 4 dargestellt, umfasst der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip 7 in einem Ausführungsbeispiel einen Chipkörper 71 und ein Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaar 72, eine Eingangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit 73, eine Ausgangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit 74, einen Hoch- und Niederimpedanz-Tiefpassfilter 75, eine DC-Vorspannungsleitung 76 und eine Erdungsstrahlleitung 77, die jeweils auf dem Chipkörper 71 angeordnet sind; wobei in dem Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaar 72 eine Gleichstrom- und Radiofrequenzschleife gebildet ist, und wobei ein erstes Ende des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars 72 mit der Ausgangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit 74 verbunden ist, und wobei ein zweites Ende des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars 72 mit dem Hoch- und Niederimpedanz-Tiefpassfilter 75 verbunden ist, und wobei ein drittes Ende des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars 72 mit der DC-Vorspannungsleitung 76 verbunden ist, und wobei ein viertes Ende des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars 72 mit der Erdungsstrahlleitung 77 verbunden ist, und wobei der Hoch- und Niederimpedanz-Tiefpassfilter 75 durch die Eingangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit 73 mit dem ersten passenden Wellenleiter 3 verbunden ist, und wobei die Ausgangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit 74 mit dem zweiten passenden Wellenleiter 5 verbunden ist.

[0024] In dem tatsächlichen Arbeitsprozess sind das linke und rechte Ende des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars 72 jeweils mit der Ausgangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit 74 und dem Hoch- und Niederimpedanz-Tiefpassfilter 75 verbunden, wobei das obere und untere Ende des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars 72 jeweils mit der DC-Vorspannungsleitung 76 und der Erdungsstrahlleitung 77 verbunden sind, und wobei der Hoch- und Niederimpedanz-Tiefpassfilter 75 mit der Eingangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit 73 verbunden ist, und wobei die Eingangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit 73 mit dem ersten passenden Wellenleiter 3 am Eingabeende verbunden ist, und wobei die Ausgangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit 74 mit dem zweiten passenden Wellenleiter 5 am Ausgangsende verbunden ist. Der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip 7 und der Chipkanal 4 sind hauptsächlich für die Kopplung, Anregung und Synthese des Signals verantwortlich. In dem Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaar 72 ist eine Gleichstrom- und Radiofrequenzschleife gebildet. Die Eingangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit 73 wird dazu verwendet, die Eingangsleistung ans Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaar 72 zu koppeln, und das durch das Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaar 72 angeregte Signal der vierten Harmonischen wird durch die Ausgangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit 74 an die Ausgangswellenleiterstruktur gekoppelt und am Ende durch den Wellenleiteranschluss ausgegeben.

[0025] In einem Beispiel kann die schematische Darstellung der Anordnung des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars 72 wie in Figur 5 dargestellt sein.

[0026] In einem Ausführungsbeispiel ist die topologische Struktur des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars 72 eine Reihenstruktur, was förderlich für die Realisierung der Unterdrückung von Wellenkomponenten ungerader Ordnung ist.

[0027] In einem Ausführungsbeispiel ist der Hoch- und Niederimpedanz-Tiefpassfilter 75 in dem Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip 7 förderlich dafür, das Filtern und die Energierückgewinnung von ungeraden Harmonischen zu realisieren.

[0028] In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip 7 eine Galliumarsenidmembran oder ein Quarzsubstrat, nämlich verwendet der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip 7 eine Galliumarsenidmembran oder ein Quarzsubstrat.

[0029] In einem Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke des Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschips 2-50 µm.

[0030] In einem Ausführungsbeispiel ist auf den beiden Seiten der oberen Metallbasis 1 und der unteren Metallbasis jeweils eine Schnittstelle zum Verbinden eines Standardflansches 8 vorgesehen. Auf die Weise kann eine Verbindung mit anderen externen Komponenten realisiert werden.

[0031] In einem Ausführungsbeispiel sind die obere Metallbasis 1 und die untere Metallbasis 2 durch einen Positionierstift 9 miteinander verbunden, um eine Befestigung und Positionierung durch den Positionierstift zu realisieren.

[0032] Insbesondere kann für den Herstellungsprozess des Frequenzvervielfachungschips (d.h. des Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip 7) und seiner Komponenten irgendeine von elektronischer Strahllithographie (EBL, electron-beam lithography), induktiv gekoppeltem reaktivem lonenätzen (ICP-Ätzen, inductively coupled plasma reactive ion etching), Molekularstrahlepitaxie (MBE, Molecular beam epitaxy), plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) ausgewählt werden, jedoch wird es nicht auf andere neue Mikro-Nano-Prozesse beschränkt. In einem Beispiel beträgt die Größe des Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschips 7 440 µm × 36 µm × 3 µm, wobei die Gesamtgröße der oberen Metallbasis 1 und der unteren Basis 15 mm × 20 mm × 15 mm beträgt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip 7 um ein GaAs-Membransubstrat von 3 µm.

[0033] In dem obigen Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul wird für die Eingangs- und Ausgangskopplung ein Wellenleiter-Mikrostreifenübergangsverfahren mit wenigem Verlust verwendet, wobei für das Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaar am entsprechenden Frequenzvervielfachungschip eine Reihenschaltungsstruktur verwendet wird, was förderlich für die Unterdrückung der Störung ist. In dem Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaar des Frequenzvervielfachungschips ist eine Gleichstrom- und Radiofrequenzschleife gebildet, wobei die Ausgangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit auf einer Seite des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars angeordnet ist, und wobei die andere Seite des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars mit dem Hoch- und Niederimpedanz-Tiefpassfilter verbunden ist, und wobei der Hoch- und Niederimpedanz-Tiefpassfilter mit der Eingangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit verbunden ist. Durch Erhöhen der Anzahl der Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaare wird die Tragfähigkeit für die Eingangsleistung verbessert, dabei vervollständigt der Frequenzvervielfachungschip die Anregung des Signals, und auf einer Ausgangsseite des Chipkanals wird die Ausgabe des frequenzvervielfachten Signals vervollständigt.

[0034] In Figur 6 sind die Frequenzvervielfachungsergebnisse bei einer Eingangsleistung von 5mW in einem Beispiel dargestellt, aus der Kurve ist es ersichtlich, dass die frequenzvervielfachende Ausgangsleistung im Bereich der vollen Bandbreite von 750-1100 GHz größer als -30 dBm ist. Die Testergebnisse zeigen, dass das obige Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul eine neuartige Schaltungsstruktur, eine ziemlich gute Breitbandleistung und eine ausgezeichnete Leistung aufweist und als Terahertz-Signalquelle verwendet werden kann.

[0035] Im Vergleich zum Stand der Technik basiert das obige Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul auf einer monolithischen Membran-Mikro-Nano-Herstellungstechnologie, und der hergestellte Chip weist die Eigenschaften einer kompakten Struktur, einer einfachen Installation und einer hohen Integration auf; beim Schaltungsdesign für den Frequenzvervielfachungschip wird ein kooperativer Entwurf der Portanpassung und anderer Schaltungsstrukturen umfassend berücksichtigt, und beim Schaltungsdesign für den Frequenzvervielfachungschip wird ein kooperativer Entwurf der Vollfrequenzbandanpassung und anderer Schaltungsstrukturen umfassend berücksichtigt, dadurch wird die Schaltungsbandbreitenleistung erheblich verbessert, und eine Vollfrequenzbandbreite wird realisiert; die vorliegende Erfindung nimmt das Verfahren der monolithischen integrierten Terahertz-Membran-Mikro-Nano-Herstellungstechnologie an, dabei besteht eine gute Konsistenz. Es funktioniert in zwei Modi: Nullvorspannung und externe Vorspannung, dadurch wird eine flexible Verwendung realisiert, um das Integration des Systems zu erleichtern.

[0036] Um die Erläuterung zu vereinfachen, werden nicht alle möglichen Kombinationen von den jeweiligen technischen Merkmalen in den obigen Ausführungsbeispielen erläutert, allerdings sollen die Kombinationen von den technischen Merkmalen im Falle ohne Konflikte als von dem Umfang der Beschreibung gedeckt angesehen werden.

[0037] Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung betroffenen Fachwörter „erstes/zweites/drittes“ nur zum Unterscheiden ähnlicher Objekte voneinander dienen und sich nicht auf eine spezifische Reihenfolge der gezielten Objekte beziehen. Es versteht sich, dass die durch „erstes/zweites /drittes“ gekennzeichneten Objekte unter geeigneten Umständen in einer bestimmten Reihenfolge oder Sequenz ausgetauscht werden können. Es versteht sich, dass die durch „erstes/zweites/drittes“ gekennzeichneten Objekte unter geeigneten Umständen ausgetauscht werden können, so dass die hier geschilderten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung mit einer Reihenfolge außer den hier dargestellten oder geschilderten Reihenfolgen implementiert werden können.

[0038] Die Begriffe „umfassen“ und „aufweisen“ und alle Variationen davon in den Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung sollen nicht ausschließliche Einschlüsse abdecken. Z.B. sind die Prozesse, Verfahren, Vorrichtungen, Produkte oder Ausrüstungen, die eine Serie von Schritten oder Modulen umfassen, nicht auf die aufgelisteten Schritte oder Module beschränkt, sondern sie umfassen optional noch Schritte oder Module, die nicht aufgelistet sind, oder sie umfassen optional weiterhin andere eigene Schritte oder Module für die Prozesse, Verfahren, Produkte oder Ausrüstungen.

[0039] Die obigen Ausführungsbeispiele stellen nur einige Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung dar, dabei sind die Erläuterungen relativ spezifisch und ausführlich. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass der Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet mehrere Verbesserungen und Modifikationen ausführen kann, ohne von dem Konzept der vorliegenden Anmeldung abzuweichen.

Claims (11)

1. Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul hergestellt durch eine monolithische Membran-Mikro-Nano-Herstellungstechnologie, dadurch gekennzeichnet, dass es eine obere Metallbasis (1), eine untere Metallbasis (2), einen ersten passenden Wellenleiter (3), einen Chipkanal (4), einen zweiten passenden Wellenleiter (5) und einen Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip (7) umfasst; wobei die obere Metallbasis (1) und die untere Metallbasis (2) eine Kammer ausbilden, und wobei der erste passende Wellenleiter (3) am Eingabeende in der Kammer und der zweite passende Wellenleiter (5) am Ausgabeende in der Kammer angeordnet sind; und wobei der Chipkanal (4) zwischen dem Eingabeende und dem Ausgabeende der Kammer vorgesehen ist, und wobei in dem Chipkanal (4) der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip (7) angeordnet ist; und wobei der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip (7) an der oberen Metallbasis (1) installiert ist, und wobei der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip (7) jeweils mit dem ersten passenden Wellenleiter (3) und dem zweiten passenden Wellenleiter (5) verbunden ist, um eine Terahertzwelle aus dem ersten passenden Wellenleiter (3) aufzunehmen und eine frequenzvervierfachte Terahertzwelle zu erzeugen und in den zweiten passenden Wellenleiter (5) abzugeben.

2. Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin eine DC-Einspeiseleitung (10) und einen SMA-Anschluss (11) umfasst, wobei die DC-Einspeiseleitung (10) zwischen dem Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip (7) und dem SMA-Anschluss geschaltet ist, und wobei der SMA-Anschluss (11) zum Einführen einer externen Stromversorgung verwendet wird.

3. Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip (7) einen Chipkörper (71) und ein Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaar (72), eine Eingangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit (73), eine Ausgangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit (74), einen Hoch- und Niederimpedanz-Tiefpassfilter (75), eine DC-Vorspannungsleitung (76) und eine Erdungsstrahlleitung (77) umfasst, die jeweils auf dem Chipkörper (71) angeordnet sind; wobei in dem Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaar (72) eine Gleichstrom- und Radiofrequenzschleife gebildet ist, und wobei ein erstes Ende des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars (72) mit der Ausgangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit (74) verbunden ist, und wobei ein zweites Ende des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars (72) mit dem Hoch- und Niederimpedanz-Tiefpassfilter (75) verbunden ist, und wobei ein drittes Ende des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars (72) mit der DC-Vorspannungsleitung (76) verbunden ist, und wobei ein viertes Ende des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars (72) mit der Erdungsstrahlleitung (77) verbunden ist, und wobei der Hoch- und Niederimpedanz-Tiefpassfilter (75) durch die Eingangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit (73) mit dem ersten passenden Wellenleiter (3) verbunden ist, und wobei die Ausgangswellenleiter-Mikrostreifen-Kopplungseinheit (74) mit dem zweiten passenden Wellenleiter (5) verbunden ist.

4. Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die topologische Struktur des Terahertz-Schottky-Reihendiodenpaars (72) eine Reihenstruktur ist.

5. Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschip (7) eine Galliumarsenidmembran oder ein Quarzsubstrat umfasst.

6. Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Terahertz-Vollband-Frequenzvervielfachungschips (7) 2-50 µm beträgt.

7. Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf den beiden Seiten der oberen Metallbasis (1) und der unteren Metallbasis (2) jeweils eine Schnittstelle zum Verbinden eines Standardflansches (8) vorgesehen ist.

8. Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Metallbasis (1) und die untere Metallbasis (2) durch einen Positionierstift (9) miteinander verbunden sind.

9. Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul für die Frequenzbänder 75-110 GHz, 140-220 GHz, 220-325 GHz, 325-500 GHz, 500-750 GHz, 750-1100GHz, und 1100-1700 GHz geeignet ist.

10. Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul für die Frequenzbänder 60-90 GHz, 110-170 GHz, 400-600 GHz, 600-900 GHz, 900-1400 GHz, 1400-2200 GHz geeignet ist.

11. Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Vollband-Terahertz-Frequenzvervierfachungsmodul in zwei Modi funktioniert: Nullvorspannung und externe Vorspannung.