高效无源三次倍频器研究与设计

孙 毅,王 彦

(南华大学 电气工程学院,湖南 衡阳 421001)

0 引 言

随着通信技术的发展，所使用的信号频率越来越高，目前5G已经采用了毫米波[1]，因此对于毫米波甚至是太赫兹频段的研究成为当前的热点。毫米波频率源由于频率较高，通常采用低频频率源与倍频器级联的方式制作频率源，因此毫米波倍频器具有重要的研究意义。中国空间电子信息技术研究院的研究人员基于肖特基势垒二极管,通过波导腔体结构进行精细仿真并制作出倍频效率最高为12%的W波段三倍频器[2]。电子科技大学的研究人员基于国产肖特基二极管，仿真出倍频效率大于4%，相对带宽为27%的宽带平衡三倍频器[3]。还有学者采用变容二极管，设计并仿真出输出频率为140 GHz的二倍频器[4]，倍频效率为10.8%。上述几篇文献均采用波导腔体的结构设计，这种结构体积大，不适合体积较小的商用产品，而是适合于航空航天领域。为了能够在体积较小的商品中使用，一般都做成芯片的形式，比如采用(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)工艺。美国加利福尼亚大学的研究人员采用45 nm CMOS技术，研制出了一种输出频率135 GHz～160 GHz，倍频效率约为31.7%的有源二倍倍频器[5]。日本东京工业大学的研究人员采用65 nm CMOS技术进行设计并实现了单个晶体管二倍频倍频器[6]，并提出了一种优化的缓冲方法，抑制基频分量和其他谐波，同时采用了反馈拓扑结构提高增益。在输入功率为-8 dBm时，基频抑制超过60 dBc，输出频率为100 GHz～123 GHz，饱和输出功率高达5.5 dBm。瑞典查尔姆斯理工大学的研究人……