CN103840770A - 太赫兹波段四倍频器 - Google Patents

太赫兹波段四倍频器 Download PDF

Info

Publication number
CN103840770A
CN103840770A CN201410091969.4A CN201410091969A CN103840770A CN 103840770 A CN103840770 A CN 103840770A CN 201410091969 A CN201410091969 A CN 201410091969A CN 103840770 A CN103840770 A CN 103840770A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bipolar transistor
frequency multiplier
waveform frequency
collector electrode
base stage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410091969.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103840770B (zh
Inventor
李一虎
熊永忠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Electronic Engineering of CAEP
Original Assignee
Institute of Electronic Engineering of CAEP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Electronic Engineering of CAEP filed Critical Institute of Electronic Engineering of CAEP
Priority to CN201410091969.4A priority Critical patent/CN103840770B/zh
Publication of CN103840770A publication Critical patent/CN103840770A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103840770B publication Critical patent/CN103840770B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种太赫兹波段四倍频器，主要解决了现有技术中存在的高阶倍频器效率低、功耗大、输出功率小，不能满足技术发展需求的问题。该太赫兹波段四倍频器，包括差分变压器，分别连接于差分变压器两端的第一四项输出移相放大器和第二四项输出移相放大器，分别与第一四项输出移相放大器的四个输出端相连的第一W波形倍频器和第二W波形倍频器，分别与第二四项输出移相放大器的四个输出端相连的第三W波形倍频器和第四W波形倍频器，所述第一W波形倍频器、第二W波形倍频器、第三W波形倍频器和第四W波形倍频器通过叠加输出电路相连。通过上述方案，本发明达到了高功率高效率的目的，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

太赫兹波段四倍频器
技术领域
 本发明涉及一种倍频器，具体地说，是涉及一种太赫兹波段四倍频器。
背景技术
近年来，太赫兹波的研究在世界范围内受到了极大的关注，开发电磁波谱中最后一个尚未得到广泛应用的波段的技术变得越来越重要。同时，随着集成电路的发展，把太赫兹收发组件集成在微小的芯片上面成为了现实。
信号源作为发射端的核心原件，在太赫兹波段发挥着重要的作用。由于在太赫兹波段频率较高，不能从频率综合器直接获得足够功率的信号，因而必须应用高效率的倍频器，目前的倍频器理论中，输出信号是由晶体管非线性产生，这种方式限制了传统倍频的效率，尤其是高阶倍频，如四倍频器，虽然能有效地降低对于输入频率的要求，但是其效率一般在1%以下，且功耗大、输出功率小，不能满足技术发展需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太赫兹波段四倍频器 ，主要解决现有技术中存在的高阶倍频器效率低、功耗大、输出功率小，不能满足技术发展需求的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
太赫兹波段四倍频器，包括差分变压器，分别连接于差分变压器两端、具有180度相差信号输入的第一四项输出移相放大器和第二四项输出移相放大器，分别与第一四项输出移相放大器的四个输出端相连的第一W波形倍频器和第二W波形倍频器，分别与第二四项输出移相放大器的四个输出端相连的第三W波形倍频器和第四W波形倍频器，所述第一W波形倍频器、第二W波形倍频器、第三W波形倍频器和第四W波形倍频器通过叠加输出电路相连。
具体地说，所述第一四项输出移相放大器包括基极通过电感L1与差分变压器相连的双极性晶体管T1，发射极与双极性晶体管T1的集电极相连、基极通过电容C1接地、集电极与第一W波形倍频器相连的双极性晶体管T2；基极通过电感L2与双极性晶体管T1的基极相连的双极性晶体管T3，发射极与双极性晶体管T3的集电极相连、基极通过电容C2接地、集电极与第二W波形倍频器相连的双极性晶体管T4；基极通过电感L3与双极性晶体管T3的基极相连的双极性晶体管T5，发射极与双极性晶体管T5的集电极相连、基极通过电容C3接地、集电极与第一W波形倍频器相连的双极性晶体管T6；基极通过电感L4与双极性晶体管T5的基极相连的双极性晶体管T7，发射极与双极性晶体管T7的集电极相连、基极通过电容C4接地、集电极与第二W波形倍频器相连的双极性晶体管T8。
进一步地，所述第一W波形倍频器包括基极与双极性晶体管T2的集电极相连、发射极接地的双极性晶体管T9，基极与双极性晶体管T6的集电极相连、发射极与双极性晶体管T9的集电极相连、集电极与叠加输出电路相连的双极性晶体管T10；所述第二W波形倍频器包括基极与双极性晶体管T4的集电极相连、发射极接地的双极性晶体管T11，基极与双极性晶体管T8的集电极相连、发射极与双极性晶体管T11的集电极相连、集电极与叠加输出电路相连的双极性晶体管T12。
更进一步地，所述叠加输出电路包括发射极与双极性晶体管T10的集电极相连、基极通过电容C5接地的双极性晶体管T13，发射极与双极性晶体管T12的集电极相连、基极通过电容C6接地的双极性晶体管T14，所述双极性晶体管T13和双极性晶体管T14的集电极连通后通过依次相连的电阻R1和电容C7输出。
为了提高性能，所述双极性晶体管T1、双极性晶体管T3、双极性晶体管T5及双极性晶体管T7的基极通过人工微带线相连；所述双极性晶体管T2、双极性晶体管T6与第一W波形倍频器之间通过人工微带线相连，所述双极性晶体管T4、双极性晶体管T8与第二W波形倍频器之间通过人工微带线相连。
本发明中，所述第二四项输出移相放大器与第一四项输出移相放大器的结构相同；第三W波形倍频器、第四W波形倍频器与第一W波形倍频器、第二W波形倍频器结构相同，且第三W波形倍频器和第四W波形倍频器通过与双极性晶体管T13和双极性晶体管T14轴对称的两个双极性晶体管与电阻R1相连。
作为优选，所述差分变压器为无源差分变压器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明通过差分变压器、四项输出移相放大器、W波形倍频器的巧妙设计，将差分变压器的输入信号叠加输出，有效实现了高功率高效率的信号源要求，符合技术发展所需，具有突出的实质性特点和显著进步，适合大规模推广应用。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
图2为本发明的回波损耗示意图。
图3为本发明的输出频谱示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
为了解决现有技术中存在的高阶倍频器效率低、功耗大、输出功率小，不能满足技术发展需求的问题，如图1所示，本发明公开了一种包括差分变压器、四项输出移相放大器、W波形倍频器的太赫兹波段四倍频器，通过行波放大器结构将输入信号分为四项相位放大并输出至W波形倍频器，最终叠加输出，从而实现了高功率高效率输出的目的，其具体构造如下：
无源差分变压器作为信号源，其上下两端分别连接一具有行波放大和移相功能的四项输出移相放大器，为上下两路四项输出移相放大器提供180度相差信号输入，之后将上下两路四项输出移相放大器的输出信号通过四个W波形倍频器以四相线性叠加后进行输出，，从图1中可以看出上下两端结构轴对称。
其中，上下两路四项输出移相放大器结构相同，包括基极通过电感L1与差分变压器相连的双极性晶体管T1，发射极与双极性晶体管T1的集电极相连、基极通过电容C1接地、集电极与第一W波形倍频器相连的双极性晶体管T2；基极通过电感L2与双极性晶体管T1的基极相连的双极性晶体管T3，发射极与双极性晶体管T3的集电极相连、基极通过电容C2接地、集电极与第二W波形倍频器相连的双极性晶体管T4；基极通过电感L3与双极性晶体管T3的基极相连的双极性晶体管T5，发射极与双极性晶体管T5的集电极相连、基极通过电容C3接地、集电极与第一W波形倍频器相连的双极性晶体管T6；基极通过电感L4与双极性晶体管T5的基极相连的双极性晶体管T7，发射极与双极性晶体管T7的集电极相连、基极通过电容C4接地、集电极与第二W波形倍频器相连的双极性晶体管T8，以及串联于双极性晶体管T7的基极与地之间的电感L5、电容和电感L6。
上下两路四项输出移相放大器分别连接有两路结构相同的W波形倍频器，其中，第一W波形倍频器包括基极与双极性晶体管T2的集电极相连、发射极接地的双极性晶体管T9，基极与双极性晶体管T6的集电极相连、发射极与双极性晶体管T9的集电极相连、集电极与叠加输出电路相连的双极性晶体管T10；第二W波形倍频器包括基极与双极性晶体管T4的集电极相连、发射极接地的双极性晶体管T11，基极与双极性晶体管T8的集电极相连、发射极与双极性晶体管T11的集电极相连、集电极与叠加输出电路相连的双极性晶体管T12。该两路W波形倍频器中的信号通过由发射极与双极性晶体管T10的集电极相连、基极通过电容C5接地的双极性晶体管T13，发射极与双极性晶体管T12的集电极相连、基极通过电容C6接地的双极性晶体管T14，以及一端与双极性晶体管T13和双极性晶体管T14的集电极均相连、另一端连接有电容C7的电子R1构成的叠加输出电路进行输出。
为了提高性能，双极性晶体管T1、双极性晶体管T3、双极性晶体管T5及双极性晶体管T7的基极通过人工微带线相连；双极性晶体管T2、双极性晶体管T6与第一W波形倍频器之间通过人工微带线相连，双极性晶体管T4、双极性晶体管T8与第二W波形倍频器之间通过人工微带线相连。
按照上述方式设置后，以140GHz作为输出频率，选用七层金属层的0.13um BiCMOS工艺，最顶层金属的厚度为2-3um，最底层金属为0.4-0.6um，采用异质结双极性晶体管（HBT），截止频率为240GHz，经验证，本发明实现的太赫兹波段四倍频器回波损耗如图2所示（横坐标为频率，纵坐标为回波损耗），实现的太赫兹波段四倍频器输出频谱如图3所示（横坐标为频率，纵坐标为输出），输出为4.5dBm，由此可知，本发明能够实现高功率高效率低损耗输出。
在上述电路的基础上，本实施例还连接有部分辅助元器件，用于保证电路的正常运行，这些辅助元器件的使用，属于行业通用的电路应用习惯，在此不再赘述。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。

Claims (7)

1.太赫兹波段四倍频器，其特征在于，包括差分变压器，分别连接于差分变压器两端、具有180度相差信号输入的第一四项输出移相放大器和第二四项输出移相放大器，分别与第一四项输出移相放大器的四个输出端相连的第一W波形倍频器和第二W波形倍频器，分别与第二四项输出移相放大器的四个输出端相连的第三W波形倍频器和第四W波形倍频器，所述第一W波形倍频器、第二W波形倍频器、第三W波形倍频器和第四W波形倍频器通过叠加输出电路相连。
2.根据权利要求1所述的太赫兹波段四倍频器，其特征在于，所述第一四项输出移相放大器包括基极通过电感L1与差分变压器相连的双极性晶体管T1，发射极与双极性晶体管T1的集电极相连、基极通过电容C1接地、集电极与第一W波形倍频器相连的双极性晶体管T2；基极通过电感L2与双极性晶体管T1的基极相连的双极性晶体管T3，发射极与双极性晶体管T3的集电极相连、基极通过电容C2接地、集电极与第二W波形倍频器相连的双极性晶体管T4；基极通过电感L3与双极性晶体管T3的基极相连的双极性晶体管T5，发射极与双极性晶体管T5的集电极相连、基极通过电容C3接地、集电极与第一W波形倍频器相连的双极性晶体管T6；基极通过电感L4与双极性晶体管T5的基极相连的双极性晶体管T7，发射极与双极性晶体管T7的集电极相连、基极通过电容C4接地、集电极与第二W波形倍频器相连的双极性晶体管T8。
3.根据权利要求2所述的太赫兹波段四倍频器，其特征在于，所述第一W波形倍频器包括基极与双极性晶体管T2的集电极相连、发射极接地的双极性晶体管T9，基极与双极性晶体管T6的集电极相连、发射极与双极性晶体管T9的集电极相连、集电极与叠加输出电路相连的双极性晶体管T10；所述第二W波形倍频器包括基极与双极性晶体管T4的集电极相连、发射极接地的双极性晶体管T11，基极与双极性晶体管T8的集电极相连、发射极与双极性晶体管T11的集电极相连、集电极与叠加输出电路相连的双极性晶体管T12。
4.根据权利要求3所述的太赫兹波段四倍频器，其特征在于，所述叠加输出电路包括发射极与双极性晶体管T10的集电极相连、基极通过电容C5接地的双极性晶体管T13，发射极与双极性晶体管T12的集电极相连、基极通过电容C6接地的双极性晶体管T14，所述双极性晶体管T13和双极性晶体管T14的集电极连通后通过依次相连的电阻R1和电容C7输出。
5.根据权利要求4所述的太赫兹波段四倍频器，其特征在于，所述双极性晶体管T1、双极性晶体管T3、双极性晶体管T5及双极性晶体管T7的基极通过人工微带线相连；所述双极性晶体管T2、双极性晶体管T6与第一W波形倍频器之间通过人工微带线相连，所述双极性晶体管T4、双极性晶体管T8与第二W波形倍频器之间通过人工微带线相连。
6.根据权利要求5所述的太赫兹波段四倍频器，其特征在于，所述第二四项输出移相放大器与第一四项输出移相放大器的结构相同；第三W波形倍频器、第四W波形倍频器与第一W波形倍频器、第二W波形倍频器结构相同，且第三W波形倍频器和第四W波形倍频器通过与双极性晶体管T13和双极性晶体管T14轴对称的两个双极性晶体管与电阻R1相连。
7.根据权利要求6所述的太赫兹波段四倍频器，其特征在于，所述差分变压器为无源差分变压器。
CN201410091969.4A 2014-03-13 2014-03-13 太赫兹波段四倍频器 Expired - Fee Related CN103840770B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410091969.4A CN103840770B (zh) 2014-03-13 2014-03-13 太赫兹波段四倍频器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410091969.4A CN103840770B (zh) 2014-03-13 2014-03-13 太赫兹波段四倍频器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103840770A true CN103840770A (zh) 2014-06-04
CN103840770B CN103840770B (zh) 2017-05-17

Family

ID=50803974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410091969.4A Expired - Fee Related CN103840770B (zh) 2014-03-13 2014-03-13 太赫兹波段四倍频器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103840770B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105024647A (zh) * 2015-07-24 2015-11-04 东南大学 一种全波段太赫兹三倍频模块
CN110932672A (zh) * 2019-11-18 2020-03-27 东南大学 全频段太赫兹四倍频模块
CN111092600A (zh) * 2020-01-15 2020-05-01 电子科技大学 基于相位叠加方法的fpga倍频方法
CN111373241A (zh) * 2017-07-24 2020-07-03 特拉卡利斯 利用太赫兹辐射捕获用于构成图像的点值的系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102104363B (zh) * 2011-03-01 2013-01-23 北京大学 一种太赫兹硅基四倍频器及多倍频器

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105024647A (zh) * 2015-07-24 2015-11-04 东南大学 一种全波段太赫兹三倍频模块
CN105024647B (zh) * 2015-07-24 2018-10-23 东南大学 一种全波段太赫兹三倍频模块
CN111373241A (zh) * 2017-07-24 2020-07-03 特拉卡利斯 利用太赫兹辐射捕获用于构成图像的点值的系统
CN111373241B (zh) * 2017-07-24 2024-03-26 特拉卡利斯 利用太赫兹辐射捕获用于构成图像的点值的系统
CN110932672A (zh) * 2019-11-18 2020-03-27 东南大学 全频段太赫兹四倍频模块
CN110932672B (zh) * 2019-11-18 2020-07-24 东南大学 全频段太赫兹四倍频模块
CN111092600A (zh) * 2020-01-15 2020-05-01 电子科技大学 基于相位叠加方法的fpga倍频方法
CN111092600B (zh) * 2020-01-15 2021-06-01 电子科技大学 基于相位叠加方法的fpga倍频方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103840770B (zh) 2017-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102142819B (zh) 基于变压器的射频功率放大器
CN105978515B (zh) 宽调整范围高集成度变压器耦合射频功率放大器
CN103117711B (zh) 一种单片集成的射频高增益低噪声放大器
CN107733381B (zh) 一种高效率高增益Doherty堆叠功率放大器
CN107547050A (zh) 一种双级双频带高效功率放大器
CN102480272A (zh) 射频放大器
CN105811895A (zh) 基于谐波终端优化高效率k波段mmic功率放大器
CN103840770A (zh) 太赫兹波段四倍频器
CN108551331A (zh) 一种基于变压器耦合匹配的毫米波低损耗倍频器
CN101826847A (zh) 高效率的单端转双端放大器
CN112671346A (zh) 一种带跨导增强技术和双lc匹配网络的宽带倍频器
CN101888214A (zh) 效率和线性度提高的Cascode功率放大器
CN202818232U (zh) 一种Doherty功放电路
CN105071778B (zh) 一种基于cmos工艺实现的太赫兹功率放大器
CN109245735B (zh) 一种基于二次谐波注入技术的高效率j类堆叠功率放大器
CN103840772A (zh) 一种使用CRLH-TL补偿线提高Doherty功放线性的电路
CN202772253U (zh) 四合一hf高功率合成器
CN111934632A (zh) 一种超宽带高功率放大器
CN108599730B (zh) 一种基于紧凑型谐振器的高效率f类堆叠功率放大器
Madureira et al. Design and measurement of a 2.5 GHz switched-mode CMOS power amplifier with reliability enhancement
CN210724699U (zh) 一种高增益高功率分布变压合成功率放大器
CN210431351U (zh) 一种基于异质结三极管的大功率高频放大器
CN203632621U (zh) 一种使用CRLH-TL补偿线提高Doherty功放线性的电路
CN210431354U (zh) 一种高功率双差分变压合成功率放大器
CN210431352U (zh) 一种高功率高效率的毫米波功率放大器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170517

Termination date: 20200313

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee