采用CMOS太赫兹波探测器的成像系统

太赫兹波成像技术在生物医疗和安全检测等领域具有广阔的应用前景。针对新一代信息技术对便携式太赫兹波成像设备的需求，设计了基于CMOS太赫兹波探测器的成像系统。该系统包括一款CMOS太赫兹波探测器、片外模数转换器（ADC）、FPGA数字信号处理器、二位步进机、四个抛物面镜和太赫兹波辐射源等。CMOS太赫兹波探测器集成了片上贴片天线以及作为检波元件的NMOS晶体管，探测器由180 nm标准CMOS工艺制成。太赫兹波探测器的输出被片外模数转换器（ADC）采集并转换为数字信号，该数字信号被FPGA采集并传输到电脑上成像。所有上述元件均被装备在印刷线路板（PCB）上以减小系统体积。该系统实现了透射式太赫兹波扫描成像而无需斩波-锁相技术，并给出在860 GHz的太赫兹波照射下隐藏在信封内部金属的成像结果。     

太赫兹技术及其应用研究的进展

过去十年来,太赫兹技术理论研究的蓬勃发展带动了太赫兹波应用领域的迅速扩大。本文概述了太赫兹波的产生、探测技术等基础研究的现状,重点介绍了近年来太赫兹波在物体成像、环境监测、军事和通信、医学和生物及其它几个应用领域的研究进展和最新研究成果。     

石墨烯太赫兹调制器及330 GHz无线通信系统

现有太赫兹无线通信系统通常采用微波倍频或直接调源的方式。本文从太赫兹波空间调制技术出发,研究了一种基于直接调制技术的太赫兹无线通信系统。重点探索了一种基于石墨烯/半导体硅的复合结构(GOS),研究出调制速率达到1 MHz,调制深度50%以上,工作频带覆盖0.2 THz~2 THz频段的新型全光学太赫兹调制器。在此基础上,构建了330 GHz载波频率的太赫兹无线通信系统,实现了1 Mbps的通信速率。     

太赫兹波光学参量效应放大特性的理论研究

针对太赫兹波光学参量效应中增益介质对太赫兹波强烈吸收的特点,提出光学参量效应中泵浦光、斯托克斯光和太赫兹波三波共线相互作用可以有效放大太赫兹波。以周期极化铌酸锂晶体为例,通过解耦合波方程,在不同的近似条件下分析了前向和后向太赫兹波的放大特性。计算结果表明,在太赫兹波吸收系数远大于太赫兹波增益系数的条件下,泵浦光、斯托克斯光和太赫兹波三波共线作用可以有效提高太赫兹波功率。分析结果对周期极化铌酸锂晶体光学参量振荡产生太赫兹波的实验研究提供深入和全面的理论基础。     

太赫兹无线和有线融合通信技术的研究与展望

随着5G的移动互联及物联网相交织等新型业务的蓬勃发展,对未来通信系统传输容量、传输速度以及误码率等要求愈来愈高。介于毫米波与远红外光之间的太赫兹频段兼有微波和光波的特性,具有低量子能量、大带宽、良好的穿透性。近年来太赫兹通信系统成为研究热点之一,但太赫兹无线通信存在视距传播以及较大路径损耗缺点,太赫兹无线和有线融合传输则兼具两者优点。本文分析了光子太赫兹信号产生、光子太赫兹无线链路传输和光子太赫兹光纤链路传输过程中涉及的器件和技术,重点介绍了太赫兹有线传输的研究现状,并通过基于强度调制直接检测实现1.485 GBaud 350 GHz的1 m太赫兹光纤有线实时传输视频实验,展现了太赫兹有线传输巨大的发展潜力。     

激波管等离子体中太赫兹波传输特性仿真与实验研究

研究了太赫兹波在透射波窗口封闭的激波管中的等离子体中的传输特性,获得了传输衰减量随等离子体电子密度、碰撞频率、透波窗口材料以及电磁波频率的变化规律,并比较了相同条件下毫米波的传输特性.利用激波管为实验平台模拟产生高速飞行器等离子体,开展了太赫兹波在等离子体中传输特性实验.结果表明,太赫兹波在相同电子密度和碰撞频率的等离子体中衰减量比毫米波小得多;随着等离子体碰撞频率的增加,太赫兹波传输衰减量先增加后减小,透波窗口增加了太赫兹波的传输衰减;随着窗口材料的介电常数增加,太赫兹波反射率增加,太赫兹波传输衰减曲线出现周期性振荡,振荡周期约5 GHz;太赫兹波通信可能作为一种解决再入飞行器黑障问题的有效技术途径.     

可用于农药传感的多带太赫兹超材料吸收器

多带太赫兹超材料吸收器是响应、操纵和调制太赫兹波的重要光子元件。本文基于周期性分裂环谐振器结构构建了一种多带太赫兹超材料吸收器。模拟和实验测试显示,在横磁(TM)极化情况下该超材料吸收器对0.918 THz和1.581 THz处的入射太赫兹波呈现出近似完美吸收。进一步,基于器件共振吸收峰的介电敏感特性,研究了负载不同浓度的多菌灵、三环唑、百草枯、塞苯隆4种农药溶液后超材料吸收器的传感性能,获得器件对4种农药的检测灵敏度分别为：1.06 GHz/ppm、0.65 GHz/ppm、0.67 GHz/ppm、2.07 GHz/ppm。结果表明该器件可实现对微量农药的传感检测,为今后食品质量安全控制提供了新的思路。     

用于空间领域的太赫兹技术研究概况

作为电磁波中从红外光到微波的过渡区,太赫兹波所具有的独特性能已得到了人们的广泛认识。随着太赫兹辐射源、太赫兹探测器等单元技术研究的不断成熟,美国、欧洲和日本已率先将其应用于空间天文观测、深空探测和对地气象环境监测等领域。重点总结了这些应用中的技术发展情况,并简要分析了太赫兹雷达与通信技术的研究状况和应用前景。     

太赫兹科学与技术

太赫兹电磁波段的开发和利用具有重大的科学意义和潜在的应用价值,太赫兹科学技术已经成为本世纪最为重要的科技问题之一,除了本身具有很多重大的科学问题之外,它还是一种非常有效的研究手段。介绍了太赫兹科学技术的发展历史及国内外相关的发展情况,列举了太赫兹波的独特性质,概述了太赫兹科学技术在基础研究领域和应用研究领域的新进展。     

太赫兹波段电磁超介质的应用及研究进展

太赫兹波和电磁超介质是电磁学领域关注的热点.太赫兹波与电磁超介质相互作用可以实现对太赫兹波的操纵和调控,有望填补"太赫兹空白".介绍了太赫兹波段电磁超介质的研究进展,包括电磁超介质电磁性能可调谐的实施途径,电磁超介质在太赫兹功能器件方面的应用(调制器/开关、传感器/探测器、滤波器、偏振元件和吸波器),太赫兹波段表面等离...     

Metal mesh couplers using evanescent waves at millimeter and submillimeter wavelengths

In this paper we introduce a metal mesh evanescent wave coupler that makes use of evanescent wave coupling between a metal mesh and a dielectric plate, as a quasi-optical component for millimeter and submillimeter wavelengths. The transmission properties of this type of couplers have been investigated experimentally and theoretically for both capacitive and inductive metal meshes in the frequency range from 40 GHz to 60 GHz. The transmittance of a capacitive metal mesh evanescent wave coupler can be adjusted more than 70% by changing the spacing between the capacitive mesh and the silicon plate less than 0.15 mm at around 57 GHz.     

一种高滚降宽阻带低通微带滤波器

普通的阶梯阻抗低通滤波器滚降系数一般低于80 dB/GHz,阻带抑制小于20 dB,使其应用受到较大限制;文中首先从理论上分析并设计了具有宽阻带优势的阶梯阻抗滤波器,然后引入扇形短截线结构提高滚降系数,设计了一款通带为0~6 GHz 的高滚降宽阻带的微带低通滤波器。利用ADS 和HFSS分别对滤波器进行了建模、仿真和优化;最后采用RO4003 板材加工并对实物进行了测试。测试结果显示,所设计的滤波器3 dB 截止频率为6.02 GHz,滚降系数为123 dB/ GHz,阻带6.24~20 GHz,阻带抑制大于30 dB。     

Skew-grid dichroic plate with rectangular apertures for use on a Ka-Band beam waveguide antenna

The first Ka-Band Deep Space Network downlink demonstration was recently carried out by the Ka-Band Link Experiment (KABLE) in association with the Mars Observer spacecraft. In order to support the mission, a dichroic plate was required in the DSS-13 beam waveguide antenna to allow simultaneous X- and Ka-Band dual-frequency operation. AnX/Ka/KABLE dichroic plate was designed to transmit a future Ka-Band downlink (31.8–32.3 GHz), future Ka-Band uplink (34.2–34.7 GHz), and KABLE downlink frequency (33.6–33.8 GHz), while reflecting X-band (7.1–8.6 GHz). A computer program was developed for the analysis of a dichroic plate with rectangular apertures using the mode-matching method. The plate was then fabricated and tested. The reflection, group delay, and noise temperature in the antenna system due to the dichroic plate were measured. The experimental results show good agreement with theoretical predictions.     

高功率双层径向线螺旋阵列天线理论分析与数值模拟

研究了一种高功率双层径向线螺旋阵列天线.论文首先介绍该阵列天线的工作原理,然后从工作原理出发,设计中心频率为4.0 GHz的高功率双层径向线螺旋阵列天线,提出并研究了螺旋单元天线的磁耦合馈电,最后用有限元算法软件对阵列天线进行了数值模拟.模拟结果表明:该口径为320mm的天线在中心频率上可获得21.13dBi的增益,口径效率可达72.3％,在-12°≤θ≤12°的范围内轴向轴比值小于1.55;在3.8GHz~4.2GHz的频率范围内增益大于20.68dBi,口径效率大于69%,天线轴向轴比值小于1.7.     

一种用于宽带RCS减缩的电磁超表面

本文提出了一种用于宽带雷达散射截面减缩的电磁超表面。该电磁超表面一面印制有周期性的金属贴片,另一面为金属面。由于每个金属贴片均会影响反射电磁波的相位,不规则尺寸排列的金属贴片会引起不规则反射相位的反射波,反射能量将在空间分散,这样对比金属平板实现了在 9.5GHz~13.5GHz 频率范围内 2~10dB 的 RCS 减缩。     

叶片形超宽带单极天线

提出了一种超宽带叶片形单极天线,该天线在叶片形薄铜片上开三个孔和用相对介电常数为3.5的单层覆铜介质板作接地板。实验天线的实测结果从1.3GHz到29.7GHz约22∶1的超宽频带上,反射损耗都在-10dB以下。这种天线的频带覆盖了L、C、X、Ku各频段,应用前景十分广阔。     

磁控溅射AlN介质的14W/mm AlGaN/GaN MIS-HEMT

介绍了一种采用磁控溅射AlN介质作为绝缘层的的SiC衬底AlGaN/GaN MIS-HEMT.器件研制中采用了凹槽栅和场板结构.采用MIS结构后,器件击穿电压由80 V提高到了180 V以上,保证了器件能够实现更高的工作电压.在2 GHz、75 V工作电压下,研制的200μm栅宽AlGaN/GaNMIS-HEMT输出功率密度达到了14.4 W/mm,器件功率增益和功率附加效率分别为20.51 dB和54.2%.     

Experimental verification of an integral equation solution for athin-walled dichroic plate with cross-shaped holes

In order to add the capability of an X-band up-link onto the NASA/JPL Deep Space Network (DSN) 70-m antenna, a new dichroic plate is needed to replace the Pyle-guide shaped dichroic plate currently in use. The replacement dichroic plate must exhibit an additional pass band at the new up-link frequency of 7.165 GHz, while maintaining a pass band at the existing down-link frequency of 8.425 GHz. Because of the wide frequency separation of these two pass bands, conventionally designed air-filled dichroic plates exhibit grating lobe problems. A new method of solving this problem using a dichroic plate with cross-shaped holes is presented and verified experimentally. Two checks of the integral equation solution are described here. One is the comparison to a modal analysis for the limiting cross shape of a square hole. As a final check a prototype dichroic plate with cross-shaped holes was built and measured     

A novel electromagnetic bandgap metal plate for parallel plate modesuppression in shielded structures

A novel type of metal plate structure incorporated with electromagnetic bandgap holes for use as metal shields with the capability of suppressing the propagation of unwanted parallel plate mode has been proposed. The holes can be of any shape and the periods of those holes should be selected to half the guided wavelength of the parallel plate mode at a desired center frequency of suppression. To show the validity of the proposal, inert electromagnetic wave simulation, results of a shielded microstrip structure designed for application in the 76 GHz frequency band are demonstrated. Experiments are performed with a prototype designed in the 10 GHz frequency band and parallel plate mode suppression is verified successfully with the excellent agreement between experimental and simulation results     

基于0.35µm SiGe BiCMOS工艺的2.4GHz功率放大器

本文报道了基于0.35µm SiGe BiCMOS工艺的2.4GHz功率放大器的设计。为了降低PCB上的寄生效应,提高电路稳定性和增益,设计了带台面的金属板使芯片通过台面接地而避免通过PCB过孔接地。另外,输出匹配网络中采用了低通匹配形式,提高了电路的线性度和功率输出能力。在2.4GHz,测得1dB压缩点输出功率为15.7dBm,线性增益为27.6dB,S11和S22分别低于-7dB和-15dB。