亚毫米波新型准光阵列混频接收技术研究

Considering the development of receiver array technology at of Millimeter/IR/Optic, Submillimeter receiver array technology is still in the preliminary stage. To achieve system applications at military and civilian fields, it is needed to overcome some important scientific issues. .This project will be conducted in two areas, including integrated receiver circuits, quasi-optical multibeam antenna and quasi-optical feed structure. Exploring the electromagnetic mechanism and global optimization method of integrated receiver, we intend to accomplish the circuit integration technology research; exploring the miniaturization of quasi-optical lens with high directivity and low sidelobe of the multi-beam antenna array technology, we intend to accomplish the quasi-optical lens antenna array research; and exploring the principle of transmission, shaping, distribution and coupling of quasi-optical beam, we will accomplish the high quality signal feeding structure research prospectively. .These researches will help to deepen the understanding to the receiver system at submillimeter band and lay a solid foundation for future high-performance submillimeter receiver array technology.

相对于毫米波/红外/光波段接收技术而言，有关亚毫米波阵列接收技术目前还未达到成熟阶段，需要积极开展研究，为促进射电天文领域亚毫米波阵列技术的应用与发展，混频阵列接收是需要解决的重要科学问题。. 本申请项目计划在一体化电路、准光多波束天线以及准光馈电结构等方面开展亚毫米波阵列接收技术研究。探索接收电路的混频器件噪声模型、电磁结构全局优化方法，完成电路一体化关键技术研究；探索具有高定向低副瓣特点的多波束准光透镜天线研究，完成准光阵列关键技术研究；探索准光波束空间传输、整形、分配及耦合技术，完成高质量信号馈电结构研究。通过本项目的研究，将有助于深化对于亚毫米波混频接收系统的认识，为今后高性能亚毫米波接收阵列的实现打下坚实技术基础。

项目在执行中按照既定研究内容，相继开展了一体化电路、准光多波束天线以及准光馈电结构等方面的亚毫米波阵列接收技术研究。基于线性非线性全局协同仿真平台，开展肖特基器件的电路及电磁模型研究，完成器件噪声模型研究，电磁结构全局优化方法，完成了一体化电路设计与实现；基于微透镜技术，开展硅基漏波天线的研究，实现了小口径高定向特点的多波束准光透镜天线及阵列组阵技术研究；基于傅里叶像栅技术，开展一维以及二维准光空分的研究，实现了准光波束空间传输、整形、分配及耦合，完成高质量信号馈电功分结构。.在实物研制方面，完成0.9THz电路设计，于2017年在国内半导体工艺线上进行流片，电路仿真优化及最终测试，性能良好，输出功率50-100uw，在国内率先实现室温太赫兹肖特基单片电路，2019年采用国内另一条半导体工艺线上制备完成0.75-1.1THz全频段室温太赫兹肖特基单片电路，比照已发表文献，该新型高次倍频测试指标优良，全频段输出功率大于-30dBm，最大功率输出-15dBm。.基于本次基金研究工作中的关于器件模型、倍频混频工作机理研究结论和所搭建的线性非线性协同仿真平台，课题组还参与了欧盟优先级最高的L-1级空间探测项目-Jupiter Icy Moon Explorer（JUICE）中亚毫米波探测器研制任务，继青年基金项目研究期内完成0.6THz本振链路电路设计及实现后，在此次面上项目的研究期内的2016年，完成1.2THz本振链路电路设计及实现，探测器灵敏度为目前最好指标，150K温度下测得接收噪声温度1950K。.在研究期间，发表SCI/EI检索学术论文6篇，ISTP收录3篇，另未标注SCI/EI论文2篇，申请国家发明专利3项，培养研究生6名，已毕业3名。.通过本项目的研究，深化了对于亚毫米波混频接收系统的认识，为今后高性能亚毫米波接收阵列的实现打下坚实技术基础。