Н.В. Федоркова1, А.А. Покатилова2

1,2 МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Освоение терагерцевого диапазона является одной из тенденций развития современной радиоэлектроники. Такие устройства нашли практическое применение в биологии, медицине, системах безопасности, астрофизике и многих других областях науки и техники.

Серьезным препятствием к их широкому внедрению является отсутствие генераторов достаточной мощности, особенно предназначенных для использования в качестве гетеродинов супергетеродиных приемников. Их разрабатывают на базе генераторов СВЧ-диапазона путем преобразования частоты с последующим многократным умножением в 2 (реже 3) раза и применением смесителей на гармониках гетеродина различных порядков

Однако опубликованные данные по эффективности преобразования с помощью субгармонических смесителей различаются существенно. В литературных источниках для них приводятся только величины потерь преобразования. Данные о значениях других параметров преобразования частоты отсутствуют.

Цель работы – путем расчета сравнение рабочих характеристик субгармонических смесителей на гармониках гетеродина различных порядков и представление рекомендаций по схемному исполнению и выбору номера гармоники

Результаты. Проведен сравнительный анализ эффективности преобразования смесителей на гармониках гетеродина для микрополосковой конструкции, GaAs ДБШ, а также резистивного умножителя. Сравнительный анализ показал, что потери преобразования на 4-й гармонике гетеродина каскадного соединения удвоителя частоты и субгармонического смесителя на 2-й гармонике гетеродина на 10 дБ меньше, чем у субгармонического смесителя на 4-й гармонике. При этом требуемая мощность опорного генератора на 3 дБ больше. Однако в этом случае достоинством смесителя на 4-й гармонике является существенно (до 13 дБ) большая допустимая мощность помех второго и третьего порядков. Предложенная схема преобразователя на нечетных гармониках обеспечивает лучшую устойчивость к воздействию помех, чем преобразователя на четных. Интересным является вывод о том, что потери преобразования на нечетных гармониках значительно меньше, чем на двух ближайших четных гармониках.

Практическая значимость. Из-за технологических сложностей макетирования и значительной дороговизны изготовления устройств терагерцевого диапазона необходимо дать рекомендации по выбору их оптимальной схемотехнической реализации, что представляет существенную практическую значимость.

Федоркова Н.В., Покатилова А.А. Исследование эффективности преобразователей частоты на гармониках гетеродина // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2022. Т. 14. № 1. С. 5–12. DOI: https://doi.org/10.18127/j22250980-202201-01

1. Pawar A. Y., Sonawane D. D., Erande K. B., Derle, D. V. Terahertz technology and its applications. Drug Invention Today. 2013.
   V. 5(2). P. 157–163.
2. Hanswal P. Terahertz communication for satellite networks. Department of Electrical Engineering. 2018. 75 p.
3. Maestrini A., Bertrand T., Wang H., Jung C., Treuttel J. et al. Comptes Rendus de l'Acad_emie des Sciences – Physique. C. R. Physique 11. 2010. P. 480–495.
4. Мешков С.А., Федоркова Н.В. Особенности конструирования преобразователей частоты терагерцевого диапазона // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 5(9). С. 37–46. DOI: 10.18127/J00338486-202005(9)-04.
5. Treuttel J., Thomas B., Maestrini A., Wang H., Alderman B., Siles J.B., Davis S., T.Narhi T. A. 380 GHz sub-harmonic mixer using MMIC foundry based Schottky diodes transferred onto quartz substrate. 20th International Symposium on Space Te-rahertz Technology, Charlottesville. 2009. April 20–22. P. 251–254.
6. Lei M., Wang H.A. 100-120 GHz Quadruple-LO Pumped Harmonic Diode Mixer Using Standard GaAs Based 0.15-μm PHEMT Process. Graduate Institute of Communication Engineering and Department of Electrical Engineering National Taiwan University. 2005.
7. Liu Ch., Li Q.,Li Y. et al. Design of 340 GHz 2× and 4× Sub-Harmonic Mixers Using Schottky Barrier Diodes in Silicon-Based Technology. School of Microelectronics and Solid-State Electronics, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054. China. 2015.
8. Perez J., Ederra I. et al. Development of Electronic Subsystems for a Terahertz Wireless Link. Public University of Navarra, UPNA. Pamplona, Spain. 2017
9. Deng J., Lu Q.,Jia D. et al. Wideband Fourth-Harmonic Mixer Operated at 325–500 GHz. IEEE Microwave and wireless com-ponents letters 2018.
10. Bulcha B.T., Hesler J.L., Barker N.S. Development of THz Harmonic Mixer for QCL Phase Locking Application. Virginia Diodes Inc., Charlottesville, VA, 22902, USA. 2014.
11. Ji D.,Bo Z.,Yang Y. et al. A 220-GHz Third-Harmonic Mixer Based on Balanced Structure and Hybrid Transmission Line. School of Electronic Science and Engineering. 611731. China. 2019.
12. Ding D., Xu J. Low conversion loss full E-band seventhharmonic mixer with compact filter. Electronics letters 27th March. 2014.
    V. 50. № 7. P. 526–528.
13. Bulcha B., Hesler J., Drakinskiy V. et al. Design and Characterization of 1.8-3.2 THz Schottky-based Harmonic Mixers. IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2016. V. 6(5). P. 737–746.
14. Pérez-Escudero J., Quemada C. et al. Design of 300 GHz Combined Doubler/Subharmonic Mixer Based on Schottky Diodes with Integrated MMIC Based Local Oscillator. Electronics. 2020. V. 9. P. 2112.
15. Агасиева С.В., Гудков А.Г. и др. Повышение надежности и качества ГИС и МИС СВЧ. Кн. 1 / Под ред. А.Г. Гудкова, В.В. По­пова. М.: ООО «Автотест». 2012. 212 с.
16. Агасиева С.В., Гудков А.Г. и др. Повышение надежности и качества ГИС и МИС СВЧ. Кн. 2 / Под ред. А.Г. Гудкова, В.В. Попова. М.: ООО «Автотест». 2013. 214 с.