用于Gyro-TWA技术360 GHz高功率肖特基二极管倍频器链外文翻译资料

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用于Gyro-TWA技术360 GHz高功率肖特基二极管倍频器链

Hairui Liu, Colin Viegas, Jeff Powell, Hosh Sanghera, Andrew Whimster, Hui Wang, Wenlong He, Craig Donaldson, Peter G. Huggard, and Byron Alderman

摘要—本文提出了一种360 GHz的高功率肖特基二极管倍频器链，在3 dB带宽内频带高于20 GHz。级联式倍频器在180 GHz和354 GHz时的峰值效率分别为35％和23％。180GHz倍频器在300 mW输入功率时产生69 mW的最大输出功率，第二级倍频器在360 GHz时提供12 mW输出功率。两个倍频器均由低寄生Ga As肖特基二极管电路组成，这些电路可在高输入功率下工作并且均不会出现饱和。

关键词—肖特基二极管、倍频器、Ga As、二倍频器

一、简介

陀螺行波放大器（陀螺仪TWA）可以产生数百瓦的连续波和脉冲功率，提供了一种能用于未来通信、等离子体诊断和光谱学方面极具吸引力的解决方案。目前正在开发的器件在360 GHz下产生40 dB的增益，因此需要几十毫瓦量级的RF功率来充分驱动它们的输入。肖特基二极管倍频器提供了一种极具吸引力的固态解决方案，因为它们具有较大的分数带宽和CW操作可以产生这种输入功率。本文给出了times;2times;2倍频器链的结果，该链在360 GHz时为此陀螺仪TWA生成大于10 mW的输入功率。

1. 电路概述

180和360 GHz的肖特基二极管倍频器是在砷化镓（Ga As）基板上制造的，每个基板都具有通常用于倍频器的典型反串联配置的四个阳极。Ga As电路通过从半导体电路延伸的光束引线悬挂在金属块中，提供机械支撑和RF接地。

图1 肖特基倍频器在180 GHz(左)和360 GHz(右)的内部视图显示了金光束引线

放置在倍频器下部模块中的Ga As电路在组装过程中拍摄的照片如图1所示。这些电路设计用于分别处理180 GHz和360 GHz倍频器200 mW和50 mW的高输入功率，同时保持高效率。180 GHz和360 GHz倍频器的二极管参数—结电容、串联电阻和击穿电压分别为54 fF、5 Omega;和9 V，以及15.1 fF、7 Omega;和9 V。

1. 倍频链的性能

倍频器链使用来自Radiometer Physics GmbH (RPG)的W波段六倍频器，然后使用QuinStar Technology的高功率W波段放大器测试。测量使用W波段隔离器和10 dB定向耦合器，以监测提供给180 GHz倍频器的输入功率。在测试360 GHz倍频器时，在两个倍频器之间放置了一个额外的隔离器，以确保对每个器件的相应输入和输出功率进行良好校准。
对于180 GHz倍频器，100 mW输入功率时输出功率在170至190 GHz之间高于23 mW，而对于35 mW输入功率，360 GHz倍频器在350至370 GHz之间产生超过5 mW的输出功率。倍频器的峰值转换效率在180和354 GHz时分别为35％和23％。在固定输入功率下，180和360 GHz倍频器的输出功率和输出频率的关系分别如图2和图3所示。
180GHz和360 GHz倍频器的输入功率扫描分别如图4和图5所示。在300mW输入功率时，测得的180 GHz倍频器的峰值输出功率为69 mW，功率转换效率为22％。当在180 GHz下以60 mW驱动时，360 GHz倍频器产生12 mW，转换效率为20％。从表1可以看出，尽管两个器件的最大效率在较低的驱动功率处取得而不是施加的最大驱动功率取得，但输入功率阻止了在较高驱动功率水平下测试倍频器。

表 1 倍频器链关键结果

图 2 180 GHz倍频器在100 mW输入功率下测得的输出功率与输出频率。

图 3 360 GHz倍频器在35 mW输入功率下测量得到输出功率、转换效率与输出频率的关系

图 4 180 GHz和360 GHz倍频器测量得到的输入输出功率和转换效率

1. 总结

本文在360 GHz开发了一种times;2times;2倍频器链，为新一代Gyro-TWA提供输入功率。在180和360 GHz频率下实现的输出功率和转换效率对于这些频率下的倍频器而言是很好的成果。180 GHz倍频器的峰值输出功率为69 mW，第二级倍频器在360 GHz时的功率为12 mW。 虽然这两种器件的工作效率都超出其峰值效率点，但在测试过程中这两种器件都没有损坏，因此预计能够提供比此处所示更大的输出功率。

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