CN102468851A - 高频频率源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高频频率源装置。该高频频率源装置包括：单片GaN HEMT微波振荡器，用于产生高功率的微波振荡信号；锁相电路，用于接收微波振荡信号，实现对单片GaN HEMT微波振荡器输出的微波振荡信号的锁相；倍频电路，用于接收单片GaN HEMT微波振荡器产生的经过锁相的微波振荡信号，并将微波振荡信号倍频到预设高频频率后输出。本发明高频频率源装置克服了现有技术中基于二极管负阻结构的高频频率源装置噪声性能差的缺陷，具有低噪声、可调谐性能高、稳定性能好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路领域，尤其涉及一种能够输出毫米波至太赫兹频率信号的高频频率源装置。
背景技术
工作频率达到毫米波以及太赫兹的高频频率源的实现是本领域当前的难题，由于三端口振荡源本身的输出功率和截止频率的限制，目前多是采用二极管负阻器件实现高频频率源装置，例如利用耿式(GUN)二极管或者雪崩二极管(IMPATT)，配合谐振腔实现毫米波振荡器，再通过倍频获得太赫兹振荡。该方案的缺点在于：由于二极管器件本身的特征导致基于二极管负阻结构的高频频率源装置噪声性能差；采用分立的谐振腔体，体积大，可调谐性能差，对温度、振动敏感；毫米波振荡器难以实现高稳定度锁相，因此难以获得高质量的频率源。
高频频率源设计中，倍频技术相对比较成熟，利用肖特基二极管，可以获得高于1THz的谐波，但是高次倍频需要以大功率低噪声的低频源为基础，以抵消倍频过程中不可避免的功率衰减和噪声恶化，当前采用二极管负阻器件的振荡器方案不满足这个要求。
在实现本发明的过程中，发明人意识到现有技术存在如下缺陷：基于二极管负阻结构的高频频率源装置噪声性能差。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于解决现有技术中基于二极管负阻结构的高频频率源装置噪声性能差的技术问题，而提出一种高频频率源装置。
(二)技术方案
本发明的高频频率源装置，包括：单片氮化镓高电子迁移率晶体管GaN HEMT微波振荡器，用于产生高功率的微波振荡信号；锁相电路，用于接收微波振荡信号，实现对单片GaN HEMT微波振荡器输出的微波振荡信号的锁相；倍频电路，用于接收单片GaN HEMT微波振荡器产生的经过锁相的微波振荡信号，并将微波振荡信号倍频到预设高频频率后输出。
优选地，本技术方案中，锁相电路包括：预分频器，用于接收微波振荡信号，并对微波振荡信号进行预分频；晶振参考源，用于生成参考频率信号；微波锁相环，用于将预分频后的微波振荡信号与参考频率信号进行比较，生成校准电压信号，并将校准电压信号发送至单片GaN HEMT微波振荡器，实现对单片GaN HEMT微波振荡器产生的微波振荡信号的锁相。
优选地，本技术方案中，单片GaN HEMT微波振荡器的输出功率大于1W。单片GaN HEMT微波振荡器的工作频率在X波段。当预设高频频率在毫米波段时，肖特基二极管倍频电路采用砷化镓GaAs肖特基二极管实现；当预设高频频率在太赫兹波段时，肖特基二极管倍频电路采用磷化铟InP肖特基二极管实现。
(三)有益效果
GaN HEMT器件具有截止频率高、输出功率大的优点，将其应用于高频频率源，能够满足大功率微波压控振荡器设计的需求，并易于实现锁相。本发明提出的利用单片GaN HEMT微波振荡器的高频频率源装置解决了现有技术中基于二极管负阻结构的高频频率源装置噪声性能差的技术问题，具有低噪声的优点。
附图说明
图1为根据本发明实施例一高频频率源装置的示意图；
图2为根据本发明实施例二高频频率源装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
实施例一
图1为根据本发明实施例一高频频率源装置的示意图。如图1所示，本发明公开的高频频率源装置包括：单片GaN HEMT微波振荡器10，用于产生高功率的微波振荡信号；锁相电路20，与单片GaN HEMT微波振荡器10相连，用于接收所述微波振荡信号，实现对单片GaN HEMT微波振荡器10输出的微波振荡信号的锁相；倍频电路30，与单片GaN HEMT微波振荡器10相连，用于接收单片GaN HEMT微波振荡器产生的经过锁相的微波振荡信号，并将微波振荡信号倍频到预设高频频率后输出。
现有技术中常规的三端口振荡源，由于其输出功率低，从而难以通过高次倍频获得高频频率源。而GaN HEMT器件是典型的高功率半导体器件，具有高输出功率，高击穿电压，高工作温度，大工作电流的优势，并且其截止频率可达100GHz，器件的栅源和栅漏的电容具有压控变容特性，因此能够满足大功率微波压控振荡器设计的需求，并易于实现锁相。并且利用单片高功率GaN振荡器，在获得大功率高质量频谱输出的同时，可以有效降低系统体积，提高可靠和稳定性性。
本实施例中，单片GaN HEMT微波振荡器10的工作频率选择在X波段，采用GaN HEMT工艺实现的单片振荡电路，并可以集成预分频器，该频段通过本实施例易于实现锁相。同时，单片GaN HEMT微波振荡器能够在该频段实现较大的功率输出，振荡器的输出功率可以达到1W以上。
本实施例提出的利用单片GaN HEMT微波振荡器的高频频率源装置解决了现有技术中基于二极管负阻结构的高频频率源装置噪声性能差的技术问题，具有低噪声、可调谐性能高、稳定性能好的优点。
实施例二
图2为根据本发明实施例二高频频率源装置的示意图。如图2所示，锁相电路20包括预分频器203、晶振参考源201、微波锁相环202。其中，预分频器203，与单片GaN HEMT微波振荡器10相连，用于接收微波振荡信号，并对微波振荡信号进行预分频；晶振参考源201，用于生成参考频率信号；微波锁相环202，与预分频器203和晶振参考源201相连，用于将预分频后的微波振荡信号与参考频率信号进行比较，生成校准电压信号，并将校准电压信号发送至单片GaN HEMT微波振荡器10，实现对单片GaN HEMT微波振荡器10的锁相。
本实施例所涉及的子电路或模块的具体形式和指标可以根据需求灵活的设计或者选择，优选的：
微波锁相环202可以采用低成本的商用集成锁相环，由于工作频率较低，有多种型号可供本领域技术人员方便的选择，如ADI公司就提供工作于数GHz的产品。
预分频器203采用商品化的集成预分频器，例如Hittite公司等提供的相应产品；也可以在电路设计的过程中直接与X波段单片GaN HEMT微波振荡器10集成于同一片集成电路中。预分频器203的分频数选择2-4倍，配合可编程分频的微波锁相环202，其中锁相环分频比可在几十至几百选择，可以实现几十MHz晶振对X波段单片GaN HEMT微波振荡器10的锁相。
倍频电路30可以采用GaAs肖特基二极管或者InP肖特基二极管实现。当要求的信号频率相对较低，例如毫米波频段时，可以选择GaAs肖特基二极管实现；当要求的信号频率高达THz时，可以选择InP肖特基二极管。
本实施例提出了一种高频频率源装置，利用肖特基二极管对锁相的GaN基微波压控高功率振荡器的输出信号进行高次倍频，获取毫米波到太赫兹的高频输出。
以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高频频率源装置，其特征在于，包括：
单片氮化镓高电子迁移率晶体管GaN HEMT微波振荡器，用于产生高功率的微波振荡信号；
锁相电路，用于接收所述微波振荡信号，实现对所述单片GaN HEMT微波振荡器输出的微波振荡信号的锁相；
倍频电路，用于接收所述单片GaN HEMT微波振荡器产生的经过所述锁相的微波振荡信号，并将所述微波振荡信号倍频到预设高频频率后输出。
2.根据所述权利要求1所述的高频频率源装置，其特征在于：所述锁相电路包括：
预分频器，用于接收所述微波振荡信号，并对所述微波振荡信号进行预分频；
晶振参考源，用于生成参考频率信号；
微波锁相环，用于将所述预分频后的微波振荡信号与所述参考频率信号进行比较，生成校准电压信号，并将所述校准电压信号发送至所述单片GaN HEMT微波振荡器，实现对所述单片GaN HEMT微波振荡器产生的微波振荡信号的锁相。
3.根据所述权利要求2所述的高频频率源装置，其特征在于，所述单片GaN HEMT微波振荡器的输出功率大于1W。
4.根据所述权利要求3述的高频频率源装置，其特征在于，所述单片GaN HEMT微波振荡器的工作频率在X波段。
5.根据所述权利要求2所述的高频频率源装置，其特征在于：所述倍频电路为肖特基二极管倍频电路。
6.根据所述权利要求5所述的高频频率源装置，其特征在于：
当所述预设高频频率在毫米波段时，所述肖特基二极管倍频电路采用砷化镓GaAs肖特基二极管实现；
当所述预设高频频率在太赫兹波段时，所述肖特基二极管倍频电路采用磷化铟InP肖特基二极管实现。
7.根据所述权利要求2所述的高频频率源装置，其特征在于：所述预分频器的分频数为2至4倍。
8.根据所述权利要求7所述的高频频率源装置，其特征在于：所述晶振参考源的频率介于10MHz至100MHz之间。
9.根据所述权利要求7所述的高频频率源装置，其特征在于：所述微波锁相环为可编程分频的集成锁相环，可通过编程实现锁相环分频比设置于10至300之间。
10.根据所述权利要求1所述的高频频率源装置，其特征在于，所述单片GaN HEMT微波振荡器包括预分频器。
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