CN109390702B - 基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器 - Google Patents

基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器 Download PDF

Info

Publication number
CN109390702B
CN109390702B CN201811094137.2A CN201811094137A CN109390702B CN 109390702 B CN109390702 B CN 109390702B CN 201811094137 A CN201811094137 A CN 201811094137A CN 109390702 B CN109390702 B CN 109390702B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bipolar transistor
heterojunction bipolar
germanium
microstrip line
antenna
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.)
Active
Application number
CN201811094137.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109390702A (zh
Inventor
孙鹏林
傅海鹏
张齐军
马建国
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.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
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 Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201811094137.2A priority Critical patent/CN109390702B/zh
Publication of CN109390702A publication Critical patent/CN109390702A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109390702B publication Critical patent/CN109390702B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/104—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces using a substantially flat reflector for deflecting the radiated beam, e.g. periscopic antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/225—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles used in level-measurement devices, e.g. for level gauge measurement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

一种基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器，包括用于探测的锗硅异质结双极晶体管，所述锗硅异质结双极晶体管的基极通过匹配网络连接用来接收太赫兹波信号的基片集成波导天线，所述锗硅异质结双极晶体管的发射极接地，所述锗硅异质结双极晶体管的集电极通过输出滤波器分别连接四分之一波长开路微带线和直流偏置电压，以及构成输出端。本发明的基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器，提高片上集成天线的增益和效率，减小接直流偏置的封装线引入的寄生效应。

Description

基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器
技术领域
本发明涉及一种晶体管探测器。特别是涉及一种基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器。
背景技术
太赫兹波是指一种介于毫米波段与红外波段之间的电磁波，太赫兹频段被定义到O.1THz到10THz之间(波长为3mm-30μm)，属于电子学和光学的交界区域。太赫兹波相较于x射线能量更低,相比于可见光穿透性更好，因此被广泛的应用于医学影像学[1]，安检[2]，以及生物和制药行业[3]。太赫兹探测器的种类有很多，例如基于天线藕合的肖特基二极管探测器[4]，基于天线藕合的FET(FieldEffectTransistor)自混频探测器[5]和基于天线藕合的太赫兹热探测器[6]等。这些探测器在设计过程中都存在一些技术上的问题：片上集成天线的增益和效率不高，太赫兹波天线与探测器信号功率传输效率低，太赫兹探测器接直流偏置的封装线引入寄生效应，这将大大减少探测器的输出响应度，增加探测器的等效噪声功率。
综上所述，目前迫切需要提出一种新型探测器来解决目前现有太赫兹探测器面临的技术难题。
【参考文献】
[1]Z.Taylor,R.Singh,D.Bennett,P.Tewari,C.Kealey,N.Bajwa,M.Culjat,A.Stojadinovic,H.Lee,J.-P.Hubschman,E.Brown,and W.Grundfest,“THz medicalimaging:In vivo hydration sensing,”IEEE Trans.THz Sci.Technol.,vol.1,no.1,pp.201–219,Sep.2011.
[2]N.Shimizu,T.Ikari,K.Kikuchi,K.Matsuyama,A.Wakatsuki,S.Kohjiro,andR.Fukasawa,“Remote gas sensing in full-scale fire with sub-terahertz waves,”in IEEE MTT-S Int.Microw.Symp.Dig.,Jun.2011,pp.1–4.
[3]K.Ajito,H.J.Song,A.Hirata,A.Wakatsuki,Y.Muramoto,N.Shigekawa,T.Kumashiro,D.Asa,T.Nagatsuma,N.Kukutsu,and Y.Kado,“Continuous-wave terahertzspectroscopic imaging at over 1THz for pharmaceutical applications,”inProc.Int.Conf.Infrared,Millimeter,Terahertz Waves,Sep.2010,pp.1–2.
[4][16]R.Han,Y.Zhang,D.Coquillat,H.Videlier,W.Knap,E.Brown,andK.K.O,“A280-GHz Schottky diode detector in 130-nm digital CMOS,”IEEE J.Solid-StateCircuits,vol.46,no.11,pp.2602–2612,Nov.2011.
[5][19]R.Al Hadi,H.Sherry,J.Grzyb,N.Baktash,Y.Zhao,E.
Figure BDA0001805118800000011
A.Kaiser,A.Cathelin,and U.Pfeiffer,“A broadband 0.6to 1THz CMOS imaging detector withan integrated lens,”in IEEEMTT-S Int.Microw.Symp.Dig.,Jun.2011,pp.1–4.
[6]Sin-Han Yang,Li Su！,I-Chun Huang,Chueh Ting,Ching-Kuang,C.Tzuang,”Monolithic 28.3THz Thermal Image Sensor Incorporating O.18-llm CMOS Foundry,“in 2010IEEE MTT-S International Microwave Symposium.
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高片上集成天线的增益和效率的基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器。
本发明所采用的技术方案是：一种基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器，包括用于探测的锗硅异质结双极晶体管，所述锗硅异质结双极晶体管的基极通过匹配网络连接用来接收太赫兹波信号的基片集成波导天线，所述锗硅异质结双极晶体管的发射极接地，所述锗硅异质结双极晶体管的集电极通过输出滤波器分别连接四分之一波长开路微带线和直流偏置电压，以及构成输出端。
所述的匹配网络包括有第一电容和第一微带线，其中，所述第一电容的一端连接基片集成波导天线，另一端分别连接第一微带线的一端，以及连接锗硅异质结双极晶体管的基极，所述第一微带线的另一端接地。
所述的输出滤波器包括有第二电容和第二微带线，其中，所述第二微带线的一端连接锗硅异质结双极晶体管的集电极，另一端分别连接四分之一波长开路微带线、直流偏置电压和第二电容的一端，所述第二微带线的该端还构成输出端，所述第二电容的另一端接地。
所述的基片集成波导天线的最顶层金属构成贴片天线，最底层金属构成反射板，所述贴片天线与构成反射板的最底层金属通过侧墙相连，所述侧墙与所述贴片天线之间设置有磁场环路，所述贴片天线的馈电端连接匹配网络中的第一电容，所述贴片天线上开有用于增加天线带宽的缝隙。
所述的磁场环路与所述的侧墙相距四分之一波长。
本发明的基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器，提高片上集成天线的增益和效率，减小接直流偏置的封装线引入的寄生效应。本发明具有如下有益效果：
(1)通过基片集成波导天线可以增加天线接收太赫兹波的性能；
(2)天线与探测器之间设置的匹配网络可以提高信号功率传输效率；
(3)在锗硅异质结双极晶体管的集电极并联一开路四分之一波长阻抗变换器，使得对于待测太赫兹波来说集电极为零点，但不影响集电极的直流偏置电压，从而减小集电极接直流偏置引入的寄生效应对探测器性能的影响。
附图说明
图1是本发明基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器的电路原理图；
图2是本发明中的基片集成波导天线。
图中
1：基片集成波导天线 11：贴片天线
12：缝隙 13：侧墙
14：磁场环路 15：馈电端
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器做出详细说明。
如图1所示，本发明的基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器，包括用于探测的锗硅异质结双极晶体管B，所述锗硅异质结双极晶体管B的基极通过匹配网络连接用来接收太赫兹波信号的基片集成波导天线1，所述锗硅异质结双极晶体管B的发射极接地，所述锗硅异质结双极晶体管B的集电极通过输出滤波器分别连接四分之一波长开路微带线W2和直流偏置电压V，以及构成输出端S。
基片集成波导天线1将接收到的太赫兹波信号传输到锗硅异质结双极晶体管B的基极，为了使从基片集成波导天线1得到的太赫兹波信号功率最大化传输给锗硅异质结双极晶体管B，在基片集成波导天线1与锗硅异质结双极晶体管B的基极之间增加一匹配网络，在锗硅异质结双极晶体管B的集电极外接电源偏置并且在此集电极处接四分之一波长的开路微带线W2，可以减小集电极接直流偏置引入的寄生效应对探测器性能的影响。集电极输出端增加一滤波器，能够滤除耦合过来的太赫兹信号，进一步提高探测器的性能。
所述的匹配网络包括有第一电容C1和第一微带线W1，其中，所述第一电容C1的一端连接基片集成波导天线1，另一端分别连接第一微带线W1的一端，以及连接锗硅异质结双极晶体管B的基极，所述第一微带线W1的另一端接地。
所述的输出滤波器包括有第二电容C2和第二微带线W3，其中，所述第二微带线W3的一端连接锗硅异质结双极晶体管B的集电极，另一端分别连接四分之一波长开路微带线W2、直流偏置电压V和第二电容C2的一端，所述第二微带线W3的该端还构成输出端S，所述第二电容C2的另一端接地。
如图2所示，所述的基片集成波导天线1的最顶层金属构成贴片天线11，最底层金属构成反射板，所述贴片天线11与构成反射板的最底层金属通过侧墙13相连，所述侧墙13与所述贴片天线11之间设置有磁场环路14，所述的磁场环路14与所述的侧墙13相距四分之一波长h。所述贴片天线11的馈电端15连接匹配网络中的第一电容C1，所述贴片天线11上开有用于增加天线带宽的缝隙12。
基片集成波导结构能够抑制天线的表面波从而将电磁场与低阻抗衬底隔离，因此能够提高增益和效率。侧墙和磁场环路之间的距离是四分之一波长，能够将辐射出去的电磁波功率反射到环路之中，进一步提高天线的增益和效率。缝隙的设计能够使天线产生另外一个谐振点，从而增加天线的带宽。

Claims (5)

1.一种基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器，包括用于探测的锗硅异质结双极晶体管（B），其特征在于，所述锗硅异质结双极晶体管（B）的基极通过匹配网络连接用来接收太赫兹波信号的基片集成波导天线（1），所述锗硅异质结双极晶体管（B）的发射极接地，所述锗硅异质结双极晶体管（B）的集电极通过输出滤波器分别连接四分之一波长开路微带线（W2）和直流偏置电压（V），以及构成输出端（S）。
2.根据权利要求1所述的基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器，其特征在于，所述的匹配网络包括有第一电容（C1）和第一微带线（W1），其中，所述第一电容（C1）的一端连接基片集成波导天线（1），另一端分别连接第一微带线（W1）的一端，以及连接锗硅异质结双极晶体管（B）的基极，所述第一微带线（W1）的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器，其特征在于，所述的输出滤波器包括有第二电容（C2）和第二微带线（W3），其中，所述第二微带线（W3）的一端连接锗硅异质结双极晶体管（B）的集电极，另一端分别连接四分之一波长开路微带线（W2）、直流偏置电压（V）、第二电容（C2）的一端以及构成输出端（S），所述第二电容（C2）的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器，其特征在于，所述的基片集成波导天线（1）的最顶层金属构成贴片天线（11），最底层金属构成反射板，所述贴片天线（11）与构成反射板的最底层金属通过侧墙（13）相连，所述侧墙（13）与所述贴片天线（11）之间设置有磁场环路（14），所述贴片天线（11）的馈电端（15）连接匹配网络中的第一电容（C1），所述贴片天线（11）上开有用于增加天线带宽的缝隙（12）。
5.根据权利要求4所述的基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器，其特征在于，所述的磁场环路（14）与所述的侧墙（13）相距四分之一波长（h）。
CN201811094137.2A 2018-09-19 2018-09-19 基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器 Active CN109390702B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811094137.2A CN109390702B (zh) 2018-09-19 2018-09-19 基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811094137.2A CN109390702B (zh) 2018-09-19 2018-09-19 基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109390702A CN109390702A (zh) 2019-02-26
CN109390702B true CN109390702B (zh) 2020-11-10

Family

ID=65418831

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811094137.2A Active CN109390702B (zh) 2018-09-19 2018-09-19 基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109390702B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112284532B (zh) * 2020-09-03 2023-10-03 广东工业大学 基于n×m多频太赫兹天线阵列的sbd探测器
CN112284526B (zh) * 2020-09-03 2023-10-03 广东工业大学 一种基于多频天线结构的n×m太赫兹探测器阵列成像系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005067139A1 (ja) * 2004-01-05 2005-07-21 Nec Corporation 増幅器
WO2005107074A2 (en) * 2004-04-15 2005-11-10 California Institute Of Technology Integrated circuit with breakdown voltage multiplier
CN206211952U (zh) * 2016-11-04 2017-05-31 杭州迦美信芯通讯技术有限公司 宽带功率放大器及其有源匹配电路

Also Published As

Publication number Publication date
CN109390702A (zh) 2019-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8330111B2 (en) Monolithically integrated antenna and receiver circuit for the detection of terahertz waves
JP5930494B2 (ja) モノリシック集積されたアンテナ及び受信機回路
US10587223B2 (en) Device for terahertz signal generation and transmitter
CN109390702B (zh) 基于基片集成波导天线的锗硅异质结双极晶体管探测器
US10825947B2 (en) Radiation detector and method for producing same
JP3297728B2 (ja) マイクロ波ミリ波放射型発振装置
JP2010091379A (ja) パルスレーダ装置
JP2006279776A (ja) 電波送受信モジュールおよび、この電波送受信モジュールを用いたイメージングセンサ
CN103872461A (zh) 一种基于CMOS制造工艺的Si基场效应晶体管太赫兹探测器天线
Schmalz et al. 245 GHz SiGe transmitter array for gas spectroscopy
CN111740701B (zh) 一种新型的交叉耦合单片相干接收和发射系统
CN109405860B (zh) 基于天线直接匹配的锗硅异质结双极晶体管探测器
CN109540285A (zh) 基于基片集成波导天线的新型外差探测器
US11686811B2 (en) High-frequency module
CN110657887B (zh) 一种基于交叉耦合结构的太赫兹探测器
CN114039551A (zh) 一种基于双层薄膜的太赫兹倍频器
Kumar A compact integrated antenna-mixer using microstrip circular patch at 2.4 GHz
Li et al. A wideband 150GHz antenna by 3D-TSV based composite right/left handed transmission line for sub-THz biomedical imaging
Chen et al. On-chip slot ring antenna integrated with voltage controlled oscillator at 140 GHz in 40nm CMOS technology
Zirath et al. Integrated receivers up to 220 GHz utilizing GaAs-mHEMT technology
Debski et al. 240 GHz transmitter and receiver for 3D imaging system in SiGe BiCMOS technology
Tian et al. The Concept of a Large-scale Subharmonic Coherent Detector Array at 600 GHz
Tang et al. Terahertz integrated antenna with novel impedance matching structure
Ding et al. An integrated Doppler-radar transceiver front end using two FET active antennas
CN114719967A (zh) 一种基于场效应晶体管和双天线结构的太赫兹波探测器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant