С.А. Мешков – к.т.н., доцент, 

кафедра «Технологии приборостроения», МГТУ им. Н.Э. Баумана

Е-mail: meschkow@bmstu.ru

Н.В. Федоркова – к.т.н., доцент, 

кафедра «Технологии приборостроения», МГТУ им. Н.Э. Баумана Е-mail: nvf@bmstu.ru

Постановка проблемы. В настоящее время актуальна задача проектирования преобразователей частоты для радиометров терагерцевого (ТГц) диапазона, обладающих функциональными возможностями, недостижимыми для СВЧ-диапазона.  

Цель. Проанализировать конструктивное исполнение преобразователей частоты ТГц-диапазона. 

Результаты. Рассмотрены типовые конструкции смесителей и умножителей частоты ТГц-диапазона на базе диодов Шоттки, определена их элементная база. Приведены характеристики приборов. Установлено, что в качестве элементной базы конструкций используются микроминиатюрные волноводные и микрополосковые линии передачи на подвешенных подложках из арсенида галлия, кварца или полиимида, диоды с барьером Шоттки на подложках из арсенида галлия. Доказана работоспособность диодов с барьером Шоттки в ТГц-диапазоне при условии применения высокотехнологичных приемов их изготовления в объеме полупроводниковой подложки совместно с пассивной микрополосковой частью схемы (мембранная технология). Приведены данные стандарта IEEE 1785.1-2012 для размеров сечения волноводов ТГц-диапазона и результаты расчета характеристик волноводных элементов в виде ступенчатых переходов и четвертьволновых короткозамыкателей с помощью САПР HFSS с учетом особенностей технологии изготовления. Определены общие задачи проектирования смесителей и умножителей.

Практическая значимость. Приведенный обзор конструкций преобразователей частоты ТГц-диапазона показал, что их проектирование и изготовление − чрезвычайно сложные конструкторско-технологические и наукоемкие задачи, решение которых увеличить функциональные возможности радиотехнических устройств для широкого спектра применения.

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. Sobis P. Subharmonic Sideband Separating Schottky Diode Mixer for Submillimetre Wave Applications // Chalmers University  of Technology Gothenburg, Sweden. 2010. 79 p.
3. Hanswal P. Terahertz Communication for Satellite Networks. 2018. June 1. P. 65.
4. Siegel P.H., Smith R.P., Gaidis M.C., Martin S.C. 2.5-THz GaAs Monolithic Membrane-Diode Mixer // IEEE Transactions on microwave theory and techniques. May 1999. V. 47(5). Р. 596−604.
5. Treuttel J., Thomas A., Maestrini A., Wang H., Alderman B., Siles J.V., Davis S., Narhi T. A 380 GHz sub-harmonic mixer using MMIC foundry based Schottky diodes transferred onto quartz substrate // 20th Int. Symp. Space THz Technol. Charlottesville. 2009. Apr. 20−22. P. 251−254.
6. Bulcha B.T., Hesler J.L., Baker N.S. Development of THz Harmonic Mixer for QCL Phase Locking Application // 39th International Conference on infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. IRMMW-THz. 13 November. 2014. 
7. Erickson N.R. A Schottky-Diode Balanced Mixer for 1.5 THz // 19th International Symposium on Space Terahertz Technology, Groningen. April 28−30. 2008. P. 221−223.
8. Schlecht E., Gill J., Dengler R., Lin R., Tsang R., Mehdi I. First Wideband 520−590 GHz Balanced Fundamental Schottky Mixer // 18th International Symposium on Space Terahertz Technology. California. 2007. P. 296.
9. Treuttel J., Thomas B., Maestrini A., Wang H., Alderman B., Siles J.B., Davis S., Narhi T. A 380 GHz sub-harmonic mixer using MMIC foundry based Schottky diodes transferred onto quartz substrate // 20th International Symposium on Space Terahertz Technology, Charlottesville. April 20−22. 2009. P. 251−254.
10. Yang F., Meng H.F., Duo W.B., Sun Z.L. Terahertz Sub-harmonic Mixer Using Discrete Schottky Diode for Planetary Science and Remote Sensing // Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 2017. V. 38(5). P. 630–637.
11. Wilkinson P.R. Development of 664 GHz Sub-harmonic Mixers // 2014. April. P. 155.
12. Chattopadhyay G., Schlecht E., Ward J., Gill J., Javadi H., Maiwald F., Mehendi I. An All-Solid-State Broad-Band Frequency Multiplier Chain at 1500 GHz // IEEE Transaction microwave theory and techniques. 2004. V. 52(2). P. 1538−1547.
13. Maestrini A. Bridging the Microwave-to-Photonics Gap with Terahertz Frequtncy Multypliers // 2009. P. 25.
14. Zhang B., Ji D., Min Y., Fan Y., Chen H. A High-Efficiency 220 GHz Doubler Based on Planar Schottky Varactor Diode // Journal of ELECTRONIC MATERIALS. 2019. V. 48(6). P. 3603−3611.
15. Maestrini A., Thomas B., Wang H., Jung C., Treuttel J., Jin Y., Chattopadhyay G., Mehdi I., Beaudin G. Schottky diode based terahertz frequency multipliers and mixers // Comptes Rendus Physique. 2010. V.11. P. 480−495.
16. Maestrini A., Ward J.S., Tripon-Canseliet C., Gill J.J., Lee C., Javadi H., Chattopadhyay G., Mehdi I. In-Phase Power-Combined Frequency Triplers at 300 GHz // IEEE Microw. Wireless Compon. Lett. 2008. V. 18(3). P. 218−220.
17. http://ieeexplore.ieee.org/document/6251097/
18. Kooi J.W., Walker C.K., Hesler J. A Broad Bandwidth Suspended Membrane Waveguide to Thin Film Microstrip Transition //  9th Int. Conference on Terahertz Electronics. 2001. October 15th−16th.
19. Niu Z., Zhang B., Zhang L. S., Xing D., Wang J. L., Fan Y. A 0.66THz Subharmonic Mixer Using Planar Schottky Diodes //  Asia-Pacific Microwave Conference (APMC). 2015.
20. Tang A.Y., Drakinskiy V., Yhland K., Stenarson J., Bryllert T., Stake J. Analytical extraction of a Schottky diode model from broadband S-parameters // IEEE Transaction microwave theory and techniques. 2013. V. 61(5). P. 1870−1878.