一种基于共振隧穿二极管的太赫兹检波器电路结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于共振隧穿二极管的太赫兹检波器电路结构，属于太赫兹无线通信领域。其包括共振隧穿二极管RTD、低通滤波器和偏置器BIASTEE三部分。其中，共振隧穿二极管RTD作为非线性器件对接收的太赫兹信号进行检波，低通滤波器主要用于通过检波信号，阻止高频载波信号，偏置器BIASTEE用于直流馈电和检波信号通过。通过偏置器BIASTEE加入直流偏压后，共振隧穿二极管RTD工作于非线性区，对接收到的太赫兹信号进行检波解调。本发明专利技术具有结构简单、体积小、成本低等优点，在超高速无线通信领域具有重要应用价值。域具有重要应用价值。域具有重要应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于共振隧穿二极管的太赫兹检波器电路结构


[0001]本专利技术涉及太赫兹无线通信
，具体的是涉及一种基于共振隧穿二极管的太赫兹检波器电路结构。

技术介绍

[0002]覆盖0.1THz～10THz的电磁波谱称为太赫兹波，其波长是30μm～3000μm的电磁波。太赫兹的早期研究始于上个世纪七十年代，不过多年来由于一直缺乏有效的太赫兹源和检测技术，限制了太赫兹波通信的可行性，也将太赫兹频段称为“太赫兹鸿沟”。如今，随着超快光子学和半导体技术的发展，逐步解决了太赫兹信号产生与探测的问题，使得太赫兹无线通信逐步成为研究热点。相较于其他波谱通信，太赫兹通信主要优点有：1)数据传输速率高、容量大，可达数十甚至上百Gbps；2)波束窄、方向性强、保密性高，具有更强的抗干扰能力；3)具有穿透等离子体的能力，可以用于空间飞行器重返大气层时等离子体“黑障”盲区通信和高超音速飞行器通信等；4)具有穿透沙尘浓烟的能力，适合在恶劣环境下近距离保密通信；5)太赫兹通信系统比毫米波通信系统体积更小，且大气层外衰减很小，适合于卫星通信、航天器内部通信等。
[0003]综上所述，基于太赫兹技术的无线通信系统可以满足未来通信对快速、高效、有效、准确以及多元化的应用需求，具有极高的实际工程应用前景，同时也具有重要的学术研究意义。
[0004]现有的全电子学太赫兹通信系统接收端实现主要有两种方法：一是采用超外差体制，将太赫兹信号变换到中频再进行信号处理；二是采用直接检波太赫兹信号并进行处理。基于超外差体制实现的接收机典型由本振源、倍频器、混频器等波导封装模块组成，系统体积大，结构复杂，成本高。采用直接检波的方式只采用一个检波器就可以实现太赫兹信号的检波，具有结构简单，成本低等优点，目前基于电子学实现太赫兹检波器常采用的非线性器件为肖特基二极管。相比于肖特基二极管，共振隧穿二极管实现的检波器具有更高的灵敏度，可以实现更高的通信速率和更远传输距离。因此，基于共振隧穿二极管的太赫兹检波器具有广阔的发展空间。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于共振隧穿二极管的太赫兹检波器电路结构，相比于其他形式检波器，可以降低太赫兹通信系统复杂性，提高系统可靠性，改善系统性能，降低系统成本，并且可以支持高阶调制格式如PAM4等幅度调制解调。
[0006]为了实现上述专利技术，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]一种基于共振隧穿二极管的太赫兹检波器电路结构，包括共振隧穿二极管、低通滤波器和BIAS TEE偏置三部分。其中，共振隧穿二极管作为非线性器件对接收的太赫兹信号进行检波，低通滤波器主要用于通过检波信号，阻止高频载波信号，BIAS TEE偏置用于直流馈电和检波信号通过。
[0008]所述低通滤波器用于过滤检波信号，阻止高频载波信号的通过，还用于与共振隧穿二极管非线性器件进行阻抗匹配，提高检波器性能。
[0009]所述BIAS TEE用于给共振隧穿二极管馈入直流信号，通过检波信号，还用于防止检波信号泄露到供电系统。
[0010]优选地，所述采用的非线性器件为共振隧穿二极管。
[0011]优选地，所述低通滤波器由金属
‑
绝缘体
‑
金属(MIM)电容和短路电感组成。
[0012]优选地，所述偏置器BIAS TEE采用混合电路集成或片上集成方式实现。
[0013]优选地，所述太赫兹检波器可以采用片上集成天线接收太赫兹信号也可以采用波导形式馈入太赫兹信号。
[0014]优选地，通过改变共振隧穿二极管的偏置电压，也可以实现太赫兹信号调制功能。
[0015]优选地，短路电感可以采用微带线、共面波导或共面线等方式实现。
[0016]优选地，片上集成天线采用缝隙天线、领结天线或微带天线形式实现。
[0017]本专利技术具有如下的优点和有益效果：
[0018]1、本专利技术提供的基于共振隧穿二极管的太赫兹检波器电路结构，采用共振隧穿二极管实现太赫兹信号直接检波接收。共振隧穿二极管具有高频率、低电压、非线性特性不受热指数影响等特点，相比于肖特基二极管实现的检波器具有更优的灵敏度，对于微弱太赫兹信号探测具有重要意义。
[0019]2、本专利技术提供的基于共振隧穿二极管的太赫兹检波器电路结构，采用单片全集成的方式，具有工艺简单，可靠性高等优点。
[0020]3、本专利技术随着产品数量的提升，成本大幅降低。
附图说明
[0021]此处说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：
[0022]图1为本专利技术实施例提供的基于共振隧穿二极管的太赫兹检波器示意图。
[0023]图2为本专利技术共振隧穿二极管I
‑
V曲线图。
[0024]图3为本专利技术提供的电路结构的一种实施例结构示意图。
[0025]图4为本专利技术实施例中低通滤波器实现方式示意图。
具体实施方式：
[0026]下面结合附图描述本专利技术的示例性实施例的技术方案。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。所描述的实施例仅用于图示说明，而不是本专利技术范围的限制。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]图1是本专利技术实施例提供的基于共振隧穿二极管的太赫兹检波器示意图。如图1所示，实施例提供的基于共振隧穿二极管的太赫兹检波器包括包括共振隧穿二极管、低通滤波器和偏置器BIAS TEE三部分。
[0028]所述共振隧穿二极管加电后工作于非线性区，用于太赫兹信号的检波。
[0029]所述低通滤波器用于过滤检波信号，阻止高频载波信号的通过，还用于与RTD非线
性器件进行阻抗匹配，提高检波器性能。
[0030]所述BIAS TEE用于给共振隧穿二极管馈入直流信号，通过检波信号，还用于防止检波信号泄露到供电系统。
[0031]在本实施例中，共振隧穿二极管具有两个非线性区域(a)和(b)，如图2所示。
[0032]具体的，由于共振隧穿二极管发射极中电子能量分布作用，尾部电子的共振隧穿形成非线性区域(a)，位于共振隧穿电流的起始区域。共振隧穿二极管在该区域的电流密度可以用热指数j
RTD
来描述：
[0033][0034]其中U
RTD
表示共振隧穿二极管的偏置电压，k表示玻尔兹曼常数，T表示温度，α＝d/(d+l)表示相关系数，描述位于共振隧穿二极管发射极和量子阱之间的偏置电压，d和l分别表示发射极量子阱和集电极量子阱的有效厚度。除去相关系数，共振隧穿二极管的热指数与肖特基二极管的热指数相似，因此在该区域共振隧穿二极管的非线性比肖特基二极管的非线性弱。同时，空间电荷效应的存在将进一步削弱共振隧穿二极管在该区域的非线性。
[0035]具体的，在随着偏置电压的增加隧穿电流开始截断本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于共振隧穿二极管的太赫兹检波器电路结构，其特征在于，包括依次串联的共振隧穿二极管RTD、低通滤波器和偏置器BIASTEE三部分；通过偏置器BIASTEE加入直流偏压后，共振隧穿二极管工作于非线性区，对接收到的太赫兹信号进行检波解调，检波后的信号经过低通滤波器驱动后级负载；所述低通滤波器用于过滤检波信号，阻止高频载波信号的通过，还用于与共振隧穿二极管RTD非线性器件进行阻抗匹配，提高检波器性能；所述偏置器BIASTEE用于给共振隧穿二极管馈入直流信号，通过检波信号，还用于防止检波信号泄露到供电系统。2.根据权利要求1所述的一种基于共振隧穿二极管的太赫兹检波器电路结构，其特征在于，采用的非线性器件为共振隧穿二极管RTD。3.根据权利要求1所述的一种基于共振隧穿二极管的太赫兹检波器电路结构，其特征在于，所述低通滤波器由金属
‑
绝缘体
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，宋瑞良，刘宁，崔冬暖，宋树田，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：