硅基太赫兹无源集成谐振器研究

Broadband multi-frequency terahertz (THz) integrated circuits are one of major issues for achieving big-data (i.e., 1Tbps) communication system. Surrounding the issue, this project will investigate the broadband multi-frequency THz passive integrated resonator using silicon-based technology: 1) Based on the full-wave EM analysis with characteristic of silicon-based nano-scale CMOS technology, the theory of implementing on-chip broadband multi-frequency THz passive integrated resonator will be proposed; 2) Combining the on-chip broadband multi-frequency reconfigurable technology, the tunable THz passive integrated resonator with characteristics of broadband multi-frequency and low loss will be proposed; 3) Combining the design principles of THz active and passive integrated circuits, the synthesized optimization design model for active circuit using broadband multi-frequency THz passive integrated resonator will be proposed, which will be introduced to develop the design technology and application of the broadband multi-frequency THz wave passive integrated resonator. With the investigation of this project, the solid theoretical and technical foundation will be built for the development of broadband multi-frequency THz integrated circuits, which will be applied in the future big-data communication system.

宽带多频太赫兹集成电路是实现将来大数据（如1Tbps）通信系统的一大难题。针对该问题，本项目拟开展硅基宽带多频太赫兹无源集成谐振器方向的深入研究：1）基于全波电磁分析，结合硅基纳米级CMOS工艺特性，提出片上宽带多频太赫兹无源集成谐振器的设计理论；2）结合片上宽带电磁二维可重构技术，建立宽带多频低损耗的可调太赫兹无源集成谐振器设计方法；3）结合太赫兹有源电路设计原理，建立基于宽带多频无源谐振器的有源电路综合设计优化模型，完善宽带多频太赫兹无源集成谐振器的设计技术及其应用。本项目的开展，将为宽带多频太赫兹集成电路的发展，及其在将来大数据通信系统中的应用，奠定坚实的理论与技术基础。

宽带多频太赫兹集成电路是实现将来超高速无线传输系统的一大难题。针对该问题，本项目结合多种工艺技术开展了多种可工作于太赫兹频段的宽带多频无源谐振器的深入研究：1）宽带多频无源集成谐振器设计理论研究；2）宽带多频无源集成谐振器的电磁二维可重构技术研究；3）宽带多频无源集成谐振器综合设计技术与应用研究。本项目在硅基太赫兹无源集成谐振器的宽带、多频、低损耗、可重构和有源集成应用问题等方面取得了一系列研究成果：1）探明了一系列新型宽带多频、低损耗的缺陷地、共面波导等无源谐振器的设计理论和设计方法，为高性能太赫兹无源电路的设计打下坚实理论基础；2）实现了无源电路宽频无反射功能，拓展了无源电路功能，为高性能太赫兹电路系统设计提供了重要理论技术参照；3）基于粒子群智能优化算法，提出了一种自适应的耦合矩阵综合算法，解决了高稳定性智能可适应耦合矩阵综合方法实现高性能无源网络的难题；4）研究了宽频低损耗可重构无源电路的设计理论和方法，研制了可重构巴伦、双工器等无源电路，为太赫兹宽频调谐电路设计奠定了基础；5）探明了有效控制通带带宽的设计方法以及降低插入损耗变化幅度的设计技术，为太赫兹多模式调谐技术提供了技术支撑；6）研制了可重构准环行器，解决了可重构电路控制难度大、对有用信号影响大的难题；7）建立了多种无源、有源电路综合指标优化设计模型，研制出太赫兹宽带低相噪频率源、高精度数控移相器、太赫兹倍频器等电路模块，为高性能太赫兹无线集成系统电路设计提供了理论与技术支撑；8）研制了工作于亚太赫兹频段的相控阵发射系统芯片，解决了相关频段高性能无线通信系统芯片设计难题，取得国际领先水平。通过本项目的支持，相关成果共发表IEEE TMTT、TCAS-I等IEEE期刊论文7篇，国际微波领域顶会IEEE IMS 12篇；同时申报国家发明专利4项，其中已授权2项。指导博士生、硕士生获IEEE MTT学会杰出博士生奖1项、杰出硕士生/本科生奖1项、最佳学生论文奖1项、最佳学生设计奖2项。