1、太赫兹分谐波混频技术
在固态放大器还比较缺乏的太赫兹频段，混频器的性能很大程度上决定了系统的整体性能。采用分谐波混频的方式，本振频率只需对应基波混频的一半，这就很大程度地减小了本振源的实现难度。本章围绕分谐波混频技术展开，从器件物理机理入手，对混频二极管建模开展了深入的理论研究。在此基础上，完成了一个220 GHz 二次分谐波混频器的电路优化，并同时开展了该分谐波混频器的电路性能（变频损耗）实验研究，实验结果与仿真预测吻合较好，验证了二极管建模以及电路优化方法的有效性[15]。
1.1 肖特基二极管三维建模分析
二极管是混频器的核心器件，它的性能好坏直接关系到变频损耗的高低和混频器的工作带宽。在太赫兹频段波长很小，二极管的封装尺寸会对其性能造成很大的影响，应尽量选取级联电阻、结电容都比较小的二极管，但随着频率的升高，要同时降低级联电阻、结电容，在半导体工艺上的实现有较大难度。目前在太赫兹频段的分谐波混频器的这种反向并联二极管对的封装形式已成为主流。先进的半导体制造工艺将两个肖特基结集成在一个封装内，并构成反向并联的形式，最大程度地保证了两管的对称性，减小了封装寄生参数，其结构如图1 所示。
图1、肖特基二极管三维模型
1.2 分谐波混频器建模分析
本节中，我们在对混频器二极管模型进行深入研究的基础上，首先分析了二极管的工作状态，明确了取得最优工作状态时二极管所需的阻抗条件和其自身的阻抗，然后根据这些阻抗优化匹配网络，在匹配网络确定之后，便可进行非线性电路仿真，最终完成电路的优化。通过该方法，基于Ansoft 公司的仿真软件高频结构仿真器（HFSS）与安捷伦（Agilent）公司的仿真软件先进设计系统（ADS），我们对220 GHz 分谐波混频器展开了仿真研究，获得了低变频损耗的分谐波混频器，为后续通信系统的构建奠定了良好基础。
图2 所示为220 GHz 分谐波混频器的电路结构示意图，整个电路集成在石英基片上，这样降低了工艺难度。电路的主传输线采用悬置微带线。无源电路由射频探针过渡、本振中频双工（包括本振探针过渡、本振（LO）滤波和中频（IF）滤波器）2 部分组成。射频（RF）和LO 信号分别从标准波导接口WR4 和WR8 波导端口馈入，经探针过渡到悬置微带后加载到反向并联二极管对，由于LO 频率低于RF 端口WR4 波导的截止频率，所以LO 信号不会从RF 端口处泄漏，而RF 信号由于LO 滤波器（通LO 频率、阻RF 频率）的存在而不会从LO端口泄漏，从而实现这2 个端口之间的隔离；混频产生的IF 信号通过IF滤波器（通IF 频率、阻LO 频率）输出。在RF 探针过渡、LO 滤波器及LO探针过渡间的传输线采用悬置微带线，接地端和IF 滤波器输出端采用微带线。
