基于π型结构的光电探测器功率合成阵列北大核心

针对ROF(光载无线通信)基站需要高功率大带宽光电探测器的问题,提出π型光电探测器阵列功率合成电路。通过将探测器嵌入在用电感互连的人工传输线上,即按照阵列式结构将单个π型光电探测器电路组合起来构成所需电路,实现功率合成,从而得到高功率大带宽的信号。电路首尾支路级联两个二极管来降低等效结电容以达到电路的最佳阻抗匹配。仿真结果表明,π型光电探测器阵列能在保持大带宽的同时对各级光电二极管功率进行有效地合成,相比于同级的行波探测阵列合成效率更高。     

π型阵列光电探测器研究与设计

提出了一种基于高阶π型低通滤波器电路结构的阵列探测器,可实现高输出功率和大工作带宽并存。该探测器根据光电二极管等效电容模型,用电感元件连接各光电二极管构成等效的π型滤波器结构,合成各光电二极管支路输出电流;并在光电二极管支路上串联电容,增加探测器工作带宽。仿真结果表明,在串联电容等于光电二极管结电容时,π型阵列探测器比行波探测器阵列工作带宽提高一倍,再通过增加级联的光电二极管数量,提高探测器输出功率,即可设计出高功率、大带宽的光电探测器。     

高功率π型阵列结构设计与研究

针对ROF基站需要高功率、大带宽的光电探测器的问题,在原有π型结构中使用光电探测器代替级联的电容实现更大的功率合成。同时提出新型π阵列结构,即将两个光电探测器级联之后再将两个级联的光电探测器并联构成并型结构,将该并型结构单元和一个光电探测器级联与电感连接构成一个π型结构单元,将n个π型结构单元级联构成π型阵列结构,π型阵列结构中间部分有两条支路并联总电容增加,在n元阵列结构两端通过去掉级联电容以使阵列结构每条支路结电容相等同时减少功率损耗。n元π型阵列结构输出功率高于同种类型T型阵列结构。     

星载高灵敏度平衡光电探测器研究

设计了一种由平衡光电二极管芯片和跨阻放大器混合集成的星载高灵敏度平衡光电探测器。平衡光电二极管芯片采用双InP-InGaAs光电二极管单元单片集成的内平衡结构,以降低芯片自身噪声,提高探测器灵敏度。通过Cadence仿真软件对集成了正负双向电流输入电路、自动增益控制电路和反相器型输入电路的闭环放大器结构进行了仿真,得到等效噪声功率、带宽和增益三者之间的关系,制作出适配平衡光电二极管芯片的跨阻放大器。搭建1.55μm激光测试系统对研制的探测器进行性能测试,结果显示,其3dB带宽为1.58GHz,等效噪声功率密度为5.96pW/Hz1/2,共模抑制比为42.04dB(@DC～1.58GHz),在相干激光通信系统中的接收灵敏度达到-61dBm。     

硅光电探测器阵列

以获得高量子效率的pin硅光电探测器阵列为目标,对影响pin硅光电探测器阵列量子效率和暗电流的重要因素展开了分析,此外针对探测器入射面的抗反射层结构进行了理论分析与模拟的仿真研究.流片测试结果表明,实验样品LPD型硅光电探测器阵列的单像素暗电流为2～7 pA,低于滨松S11212型商用光电探测器;结电容为45 ～ 46 pF,光响应值为0.37～0.39 A/W(仅比S11212型器件低约0.25％).LPD硅光电探测器阵列通过耦合碘化铯晶体并封装之后,放置在物品安检机上进行扫描成像,测试结果表明:LPD硅光电探测器阵列可以在X光机165 kV,0.8 mA时穿透40 mm厚的铅饼清晰成像.LPD硅光电探测器阵列的整体灵敏度和商用S11212型光电探测器性能相当,没有明显区别.     

超宽带高饱和单行载流子光探测器研究 （特邀）

超宽带单行载流子（UTC）光电探测器因其仅需快速的电子输运过程,较传统PIN探测器具有明显宽带优势,是6G宽带无线通信、太赫兹成像、超宽带噪声发生器等亚太赫兹频段系统中的核心光电子器件之一。面向亚太赫兹频段光电转换需求,针对UTC探测器中大带宽与高饱和功率之间的矛盾问题,分别研究并突破了光生载流子高速输运机理、感性共面波导器件（CPW）结构等关键技术,研制成功带宽106 GHz、饱和输出功率7.3 dBm的双漂移层结构MUTC探测器芯片,和带宽超过150 GHz的超宽带MUTC探测器芯片。     

一种混合集成1×4阵列平衡光电探测器的设计

针对合成孔径激光雷达中单个光斑观测视场受限的难题，设计了一种由阵列平衡探测器芯片和阵列跨组放大器芯片混合集成的1×4阵列平衡光电探测器。阵列平衡探测器芯片采用4对背照式InPInGaAs平衡光电二极管单片集成的内平衡结构，降低芯片寄生电容，提高器件的响应频率和一致性。通过倒装集成工艺将阵列平衡探测器芯片和阵列跨组放大器芯片进行集成，缩减像元间距，扩大成像视场。搭建测试系统对进行探测器性能评测，结果显示，其有效像元率达到100%，共模抑制比为33dB,3dB带宽为102MHz，等效噪声功率密度为2.0pW/Hz^1/2，增益实现三档可调，整体输出增益一致性为99%，满足合成孔径激光雷达大幅宽成像需求。     

脉冲/连续高功率激光光斑分布阵列探测器

通过测量发射到远场的激光功率密度时空分布给出所需要的到靶总功率、光束质量、桶中功率、功率时间曲线等关键指标参数,是目前准确评价激光系统性能的重要技术手段。介绍了一种基于光电探测器阵列实现近红外脉冲激光功率密度时空分布的测量方法,可以实现900~1700 nm波长、动态范围大于2000倍的激光光斑参数测量。该阵列探测器具有测量面积大、单元一致性好、测量精度高等特点,并可同时实现脉冲和连续激光参数测试要求。给出了阵列探测器的总功率测量结果,测量值与激光器输出功率偏差在5%以内,且激光光斑分布测量结果准确可靠。该阵列探测器已在多套激光系统的参数测试中得到成功应用,可以作为响应波段内的脉冲/连续激光光斑参数测试一种有效技术方案。     

探测器非线性对可见光通信系统幅频响应的影响

在探测器光电转换效率的理论分析和实际测试结果基础上,建立了其功率电流(P-I)特性的非线性模型。基于该模型分析了探测器工作于线性区和饱和区的光电转换能力,将实际测试结果和理论分析结合,研究了探测器响应度饱和情况下可见光通信系统的幅频响应的变化。实验结果表明在可见光通信(VLC)系统的设计中,荧光粉的余辉虽然不会被高速调制,但是它会降低光电探测器的幅频响应度,由于光功率过大导致的探测器响应度饱和会影响系统的幅频响应幅值和系统带宽。     

光通信波段超高速PIN光电探测器的新进展

对自20世纪90年代以来在InGaAs PIN超高速光电探测器的研究上所取得的进展进行了综述,介绍了传统型的面入射光电探测器、波导型光电探测器、渐变耦合型光电探测器、小平面折射型光电探测器、反射型光电探测器和单极型光电探测器等的新进展,同时也介绍了超高速光电探测器封装结构。探讨了超高速光电探测器的发展趋势。     

CPW无空气桥功分器设计及其在阵列天线中的应用

针对传统微带圆极化阵列天线存在带宽较窄、尺寸较大等问题,提出一种新颖的基于共面波导(CPW)槽线转换结构的无空气桥功分器,并基于此功分器设计了一款紧凑型高定向性圆极化阵列天线。设计的共面波导功分器利用共面波导奇模式方法实现了能量分配,不需使用空气桥结构及四分之一波长匹配线,因此尺寸更加紧凑,结构更加简单。利用此功分器设计的圆极化阵列天线剖面厚度仅为1 mm,轴比带宽为4.14%,阻抗带宽为7.03%;在5.8 GHz时,实测增益为8.412 dBi,在保证低剖面、小尺寸的同时,可提供足够的工作带宽以及天线增益。     

基于耦合三线结构的宽带功分器研究*

由于传统的威尔金森功分器需要通过多级传输线的级联来拓展其工作带宽,增加了电路设计的复杂度。因此本文提出了一种基于耦合三线的宽带功分器结构。通过在四分之一波长传输线的两端分别引入一节耦合三线,使功分器实现了宽带特性。采用三线耦合器与阻抗变换理论,对影响功分器工作带宽、输入输出端口匹配度和隔离度参数进行了理论分析,并设计制造了基于此结构的宽带功分器。测试结果表明该功分器具有很好的端口匹配、传输损耗和端口隔离特性。     

一种新型大功分比的T 型微带不等功分器

微带T 型功分器,是阵列天线馈电网络中最常见的微带功分器。它容易实现各种形式的复杂馈电网络,但是难以实现大功分比,主要原因在于其中一个支路的阻抗变换段是高阻抗线,现有加工水平很难实现。理论 分析了通过单枝节网络等效替换高阻抗线的方法,可以实现大功分比。推导了单枝节网络的计算公式,并进行了仿 真研究,最后利用该方法制作了一个功分器,实测结果和仿真数据吻合良好,证明了该设计方法的有效性和正确性。     

A simple and accurate model for microstrip structures with slotted ground plane

A simple and accurate circuit model for microstrip filtering structures with slotted ground plane is presented. The unit cell model consists of a series inductance and shunt capacitance for the microstrip line, an ideal transmission line characterized by its impedance and electrical length for the slot, and an ideal transformer to model coupling to the slot. The coupling mechanism to the slots resonances and subsequent emergence of transmission gaps is explained for different positions of the microstrip line. Excellent agreement with measurement is demonstrated over the broad bandwidth of dc to 20 GHz.     

A simple and accurate model for microstrip structures with slotted ground plane

A simple and accurate circuit model for microstrip filtering structures with slotted ground plane is presented. The unit cell model consists of a series inductance and shunt capacitance for the microstrip line, an ideal transmission line characterized by its impedance and electrical length for the slot, and an ideal transformer to model coupling to the slot. The coupling mechanism to the slots resonances and subsequent emergence of transmission gaps is explained for different positions of the microstrip line. Excellent agreement with measurement is demonstrated over the broad bandwidth of dc to 20 GHz.     

一种基于零阶谐振特性的新型微带阵列天线

设计了一种中心频率在2．45GHz的新型零阶谐振微带阵列天线。该天线由4个谐振单元级联组成,可形成有耗的零阶谐振结构。其测量结果表明：在中心频率为2．45GHz时,其电压反射系数达到了－32dB,对应的带宽为1．5％,增益达到10．8dBi,相对于单个贴片天线增加了5．6dB,与仿真结果吻合较好。与一般的微带阵列天线相比,其尺寸减小,性能提高,在微波能量传输和目标探测等领域具有良好的应用前景。     

基于缺陷地结构的三分支线定向耦合器设计

针对高特征阻抗微带传输线的线宽过窄难以加工实现以及器件耐功率性差的问题,提出了利用缺陷地结构(DGS)提高微带传输线特征阻抗的方法,在传统三分支线定向耦合器结构支节线下方接地平面设计蚀刻矩形DGS结构,实现高特征阻抗支节线,完成阻抗匹配,且实现了较大的工作带宽。采用电磁仿真软件进行建模仿真分析、参数优化并制作出实际电路进行测试验证,结果表明该定向耦合器在4.5~5.5 GHz频带内具有较低的插入损耗、较高的幅度和相位稳定度,性能良好,具有一定的实用价值。     

一种新型宽波束圆极化微带天线的设计

设计了一种新型宽波束圆极化微带天线,该天线采用四探针馈电,馈电网络由威尔金森功分器和传输线移相器组成,使四个馈电探针的相位依次相差π/2,实现了右旋圆极化辐射。通过Ansoft HFSS仿真结果表明：该微带天线结构简单、极化纯度高、全向性能好、轴比小于3dB的圆极化带宽达到27.7%,高于一般的微带圆极化天线（轴比小于3dB带宽约为15%）。天线可以很好地满足GPS通信的技术要求,也可用于无线局域网。     

应用于Doherty功放的宽带可调功率合成网络

针对Doherty功率放大器的多波段、多模式应用,提出了一种宽带可调功率合成网络结构。对传统1/4波长微带线进行pi型网络等效设计,并对其可调谐操作的实现方法进行分析,在此基础上引入变容二极管,借助其电调特性,实现较宽频带范围内的调谐工作,设计了一个覆盖1.65².05 GHz频段、瞬时工作带宽为50 MHz的可调功率合成网络。实验结果表明,与传统单波段1/4波长线构成的功率合成网络相比,所提出的网络结构宽带性能得到较大提高。     

Circularly polarized antenna array with a new sequential phase feed network utilizing directional coupler

This is a presentation of a new design of circularly polarized (CP) antenna array having a wide axial ratio (AR) bandwidth and high-gain. It uses an innovative feed network which consists of compact directional couplers and a delay line describing a new kind of sequential phase (SP) feed network. Furthermore, in this work, we report and discuss the features of the feed network and single element. In the following, the single element antenna and the 2 × 2 CP antenna array are designed, prototyped and tested. The antenna array is designed by a multilayer microstrip structure with a compact size of 75 × 52 mm². Moreover, a metal reflector is utilized to enhance the antenna gain and achieve a unidirectional radiation pattern over the operating frequency band. According to the experimental results, the CP antenna array has a return loss (RL) bandwidth of 2.42 GHz (5.83–8.25 GHz), AR bandwidth of 1.11 GHz (6.76–7.87 GHz), and peak gain of 12.15 dBic. It seems that the performance of the proposed design is admirable for C-band frequency.