新二極管電路可用於開發高功率太赫茲技術

頻率介於微波和紅外頻率之間的電磁波，也稱為太赫茲輻射，用於許多現有技術，包括各種成像工具和無線通信系統。儘管它們被廣泛使用，但使用現有電子設備產生強而連續的太赫茲信號是眾所周知的挑戰。

為了可靠地生成太赫茲信號，工程師通常依賴倍頻器——可以使輸入信號失真以生成所需頻率的輸出信號的電子電路。其中一些電路基於肖特基勢壘二極管，其中金屬和半導體之間的結形成單向電接觸。

儘管一些基於肖特基勢壘二極管的倍頻器已經取得了有希望的結果，但基於單個二極管的器件只能處理有限的功率。為了增加他們可以控制的能量，工程師可以使用排列成串的多個二極管。然而，即使這種方法也可能有其局限性，因為電路中二極管之間的電磁場分佈通常變得不均勻。

電子科技大學的研究人員最近提出了一種新的二極管電路設計，可以通過重塑局部電磁場並將其更均勻地分佈在整個電路中來克服這一限制。文章中提出的新型非對稱 C 形二極管串 發表 V 天然電子學人們發現它比迄今為止開發的大多數其他二極管倍頻器更有效地倍頻。

“基於肖特基勢壘二極管的倍頻器器件可用於產生太赫茲輻射，提供高功率輸出並有可能集成到全固態系統中，”周宏傑、週天池及其同事在論文中寫道。

“然而，此類設備的輸出功率的擴展通常受到單個二極管功率的限制。肖特基勢壘二極管的耦合鏈與功率組合方法可用於增加太赫茲範圍內的輸出功率。然而，由於太赫茲範圍內的波長與二極管本身的物理尺寸之間的相似性，二極管之間的場分佈不均勻，會導致效率降低和過早失效。”

為了克服先前提出的基於單個二極管和二極管串的頻率放大器的局限性，研究人員提出了一種新的設計，其中二極管排列成雙層C形串。串的形狀是不對稱的，因為這可以改善二極管之間的電磁場流動。

研究人員通過模擬和實驗室測試評估了新二極管電路的性能。值得注意的是，他們發現它實現了迄今為止報導的最高太赫茲倍頻效率之一，凸顯了其作為倍頻器的潛力。

“我們報告了一種不對稱雙層C形二極管電路結構，可以調節局部電磁場分佈並提高二極管電路的轉換效率，”作者寫道。 “我們最終的器件倍頻效率為 38%，在 170 GHz 時輸出功率超過 300 mW。”

C形二極管電路很快就會得到進一步開發並用於開發各種電子設備。未來，這可能會引入更緊湊的太赫茲波發射器和發生器，用於創建更先進的成像、傳感和通信系統。

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