本文公開設計一種基于直流偏置下多層二硫化鉬倍頻器的設計方法，采用帶通濾波器結構、直流偏置結構、倍頻單元，射頻信號經過帶通濾波器結構進入倍頻單元進行倍頻，自然狀態下，多層二硫化鉬表現出三階非線性，在電磁激勵下，三次諧波減弱，二次諧波增強。基于這一特性，本發明專利技術設計了一款二倍頻器，該器件設計簡單，駐波比低，體積小，變頻損耗低等特點。變頻損耗低等特點。變頻損耗低等特點。
【技術實現步驟摘要】
一種多層二硫化鉬倍頻器及設計方法
[0001]本專利技術利用多層二硫化鉬非線性特性設計一款二次倍頻器，是一種基于直流偏置下的多層二硫化鉬倍頻器及設計方法。
技術介紹
[0002]二維材料如過渡金屬二鹵化物（TMDs）由于其強非線性而在光電子中發揮重要作用。二硫化鉬作為二維材料的一員，是一種新型的具有超薄層狀結構的二維半導體材料。二硫化鉬不僅具有可控的帶隙和特殊的六方晶系結構，而且具有很強的非線性，這引起了電子器件領域的極大興趣。2017年，Antti S
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tjoki研究了單層二硫化鉬和多層二硫化鉬的非線性性質。結果表明，單層二硫化鉬具有極好的光學非線性：三次諧波比二次諧波強30倍。二硫化鉬的非線性特性可用于制造在微波和毫米波器件應用中具有獨特優勢的器件，例如微波倍頻器和混頻器。2019年，Yong Fang使用二硫化鉬的非線性來制造微波三倍頻器。其基于二硫化鉬的三倍頻器，當輸入功率為14dBm，輸入頻率為0.75
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1.1GHz時，三次諧波的最大輸出功率為
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27.1dBm，最小轉換損耗為
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41.3dB，但二次諧波效果不佳。在本文中，二硫化鉬通過施加直流偏壓表現出強非線性。基于這一特性，設計了二硫化鉬倍頻器。在本文中，使用了二硫化鉬的穩定2H半導體態晶體結構。
[0003]從以上文獻中可以看出，二硫化鉬具有很強的非線性，二硫化鉬的建模對于基于二硫化鉬的非線性器件的仿真非常重要。本文將二硫化鉬等效為反向并聯二極管對，建立其電子器件模型，仿真結果表明，該模型與測量結果吻合良好，可以通過改變其電壓來調節倍頻效應。基于該模型，設計了一種由帶通濾波器、LC偏置和微帶線隙組成的二硫化鉬倍頻器，通過在二硫化鉬兩側施加偏置電壓，可以提高二次諧波輸出功率，降低三次諧波輸出，這對基于該材料的倍頻器的發展具有重要意義。所提出的倍頻器具有結構緊湊、制造工藝簡單的特點，具有發展成為微納器件的潛力。
[0004]倍頻電路也是一種線性頻率變換電路，倍頻器是指利用非線性電路產生高次諧波或者利用頻率控制回路都可以構成倍頻器。倍頻目的是保證獲得較高的頻率 ,,同時又能穩定地工作。
[0005]經過大量的實驗測試，通過機械剝離法獲得的多層二硫化鉬可以滿足實際的指標要求，設計了一款直流偏置下的多層二硫化鉬倍頻器。
技術實現思路
[0006]本專利技術利用多層二硫化鉬在電壓激勵下產生二次諧波，提出了直流偏置下的二次諧波倍頻器及設計方法。
[0007]為了實現上述目的，本專利技術提出的技術方案如下：直流偏置下的多層二硫化鉬倍頻器，包括微帶線、射頻輸入端、多層二硫化鉬間隙、直流偏置器。其中，微帶線的作用是傳輸信號，輸入端連接射頻信號，射頻信號經過微帶線作用與多層二硫化鉬產生諧波分量，在倍頻單元后端輸出二次諧波。
[0008]帶通濾波器由微帶線、電容和電感組成。輸出通帶為800M
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1200M。
[0009]帶通濾波器的功能是排除電源雜散信號的干擾，只允許通過有用信號。
[0010]直流偏置器包括輸入直流偏置器和輸出直流偏置器。輸入直流偏置器和輸出直流偏執器結構相同，都有電容、電感組成。
[0011]外加電流通過輸入直流偏置器、多層二硫化鉬兩端的微帶線、多層二硫化鉬和輸出直流偏置器形成一條回路。
[0012]輸入直流偏置器的作用是接入直流電源，防止直流電源的電流流向信號源，使電流流向多層二硫化鉬。
[0013]輸出直流偏置器的作用是為了防止電流流向頻譜分析儀，起到電路保護的作用。
[0014]射頻信號由射頻輸入端接入，信號經過微帶線流向多層二硫化鉬，直流信號由偏置電路流向多層二硫化鉬，在電壓激勵下，射頻信號在非線性材料多層二硫化鉬進行倍頻。
[0015]直流信號經過多層二硫化鉬，提高多層二硫化鉬的倍頻效率，選取最佳的直流電壓。然后加入信號進行倍頻。
[0016]電路的整體連接包括射頻信號輸入端、阻抗為50Ω的銅質微帶線、覆蓋多層二硫化鉬的微帶間隙、直流偏置電路。
[0017]根據多次實驗結果顯示，覆蓋多層二硫化鉬的微帶間隙為0.3
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0.35mm時，效果基本相同。
[0018]此次專利技術選取的多層二硫化鉬微帶間隙為0.32nm來進行設計。
[0019]一種基于直流偏置下的多層二硫化鉬倍頻器的設計方法。
[0020]（1）射頻輸入信號頻率為F，輸出倍頻信號為F0=2F 。
[0021]（2）根據射頻信號頻率設計帶通濾波結構，排除信號源的干擾。
[0022]（3）利用LC電路設計輸入直流偏置和輸出直流偏置。
[0023]（4）多層二硫化鉬的微帶間隙為0.32nm（5）直流偏置下的多層二硫化鉬倍頻器外接激勵信號源信號發生器。信號發生器產生射頻信號F。射頻信號F通過微帶線和帶通濾波結構，流向多層二硫化鉬參與倍頻會產生各種諧波分量。
[0024]基于直流偏置多層二硫化鉬倍頻器設計完成，具體工作如下。
[0025]電路所需要的設備包括信號源、電源、頻譜儀。
[0026]信號源提供射頻信號，電源提供直流電流，頻譜儀顯示倍頻效果。
[0027]搭建好電路，在射頻信號端輸入信號F，通過帶通濾波結構流向多層二硫化鉬。電流從直流電源同樣流向二硫化鉬。
[0028]射頻信號激勵多層二硫化鉬產生諧波信號。
[0029]連接直流電源，從0V開始，等間距增加，獲得最佳的直流電壓。
[0030]直流信號由輸出直流偏置輸入，輸出直流偏置回收。
[0031]選取最佳的直流電壓，然后輸入功率從
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20dB開始，間隔為1dB,等間距增加，選取最佳的輸入功率。
[0032]在多層二硫化鉬產生的諧波分量，在頻譜以上表征出來，輸出F0=2F。
[0033]與現有的技術相比，本專利技術的優點在于：電路簡單，易于集成，低隔離度，提高了倍頻器的效率。
附圖說明
[0034]圖1為本專利技術電路原理框圖；圖2為本專利技術實施電路圖；圖3為本專利技術的輸出頻譜圖。
[0035]圖中：1、射頻源；2、帶通濾波結構3、第一個高頻電容4、第二個高頻電容5、第三個高頻電容6、輸入直流偏置結構7、電源8、高質基板9、輸出直流偏置結構10、第四個高頻電容11、負載12、第一個高頻電感13、第五個高頻電容14、第二個高頻電感15、第三個高頻電感16、第四個高頻電感17、第五個高頻電感。
具體實施方式
[0036]下面將結合附圖對本專利技術作出進一步說明。
[0037]參見圖1和圖2，一種基于直流偏置多層二硫化鉬倍頻器，包括輸入端連接射頻信號，輸出端連接頻譜儀。在端8進行倍頻，直流信號由端6輸入，端12進行回收。倍頻信號由端11輸出。
[0038]輸入直流偏置器6和輸出直流偏置器9具有相同的結構，都由相同高頻電容和高頻電感組成。
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【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種基于直流偏置下多層二硫化鉬倍頻器，包括射頻信號輸入端、帶通濾波結構、倍頻單元，其特征在于：射頻信號端在帶通濾波結構前端；所述倍頻單元包括了多層二硫化鉬、位于多層二硫化鉬前端的輸入直流偏置器和后端的輸出直流偏置器。2.根據權利要求1所述的的輸入直流偏置器包括了射頻信號...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馬建浩，方勇，耿暢，張青松，
申請(專利權)人：成都理工大學，
類型：發明
國別省市：
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