本發(fā)明屬于太赫茲成像和微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于CMOS集成源的太赫茲超外差正交探測器裝置的設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

太赫茲波(THz)信號(hào)頻率范圍是0.1THz-10THz，信號(hào)波長在30μm-3mm范圍。太赫茲波穿透性好，能夠?qū)Ψ菢O性不透明材料進(jìn)行成像，可獲得比X射線更高的對(duì)比度。

太赫茲探測器的研究主要分為光學(xué)方法和固態(tài)電子學(xué)方法。傳統(tǒng)光學(xué)方法構(gòu)建的太赫茲探測器體積龐大，成本高昂，種種局限使其很難推廣普及在應(yīng)用市場?；贛OSFET的直接混頻探測器的研究發(fā)展迅速，目前MOSFET對(duì)太赫茲波的響應(yīng)頻率已經(jīng)被證實(shí)能夠達(dá)到4.3THz，對(duì)MOSFET探測器的研究圍繞如何提高靈敏度和探測成像速度展開。但在功能實(shí)現(xiàn)上，直接自混頻方式本身僅能獲取太赫茲輻射的強(qiáng)度信息，不能直接進(jìn)行相位信息的探測。然而，相位信息在太赫茲波探測中具有非常重要的意義。特別是，0～360°全相位信息的獲取，不僅能極大改善探測器的靈敏度和探測精度，實(shí)現(xiàn)3D成像，而且能夠構(gòu)建反映分子的振動(dòng)模式和分子間的相互作用力屬性的物質(zhì)復(fù)介電函數(shù)的空間分布，這對(duì)農(nóng)產(chǎn)品等物料特性的探測具有十分重要的意義。這也是太赫茲時(shí)域光譜成像系統(tǒng)盡管其價(jià)格高昂，但因其探測信息完全，仍然在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等科研院所的太赫茲探測研究中占主要地位的原因。

在微電子固態(tài)電路太赫茲探測器研究與實(shí)現(xiàn)中，超外差探測器比直接混頻探測器具有更高的靈敏度，噪聲性能也提高了約2個(gè)數(shù)量級(jí)，這為太赫茲微弱信號(hào)的探測提供了強(qiáng)有力的保障，更重要的是，超外差探測模式可以同時(shí)獲取信號(hào)的幅值和相位信息。與傳統(tǒng)源和探測器分離結(jié)構(gòu)相比，片上集成源的2×2探測器陣列架構(gòu)，控制源從芯片背面輻射，探測器在芯片的正面接收信號(hào)，有效提高了源與探測器的隔離。解決了源與探測器之間的相互影響問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種CMOS集成源的太赫茲超外差正交探測器裝置。主要應(yīng)用于對(duì)物質(zhì)內(nèi)部品質(zhì)參數(shù)等精細(xì)領(lǐng)域的便攜精準(zhǔn)探測，實(shí)現(xiàn)0～360°全相位信息的獲取，實(shí)現(xiàn)被測物體的內(nèi)部構(gòu)造3D成像，而且能夠構(gòu)建反映分子的振動(dòng)模式和分子間的相互作用力屬性的物質(zhì)復(fù)介電函數(shù)的空間分布，對(duì)物質(zhì)特性的探測具有十分重要的意義。

針對(duì)傳統(tǒng)CMOS直接混頻探測器靈敏度低，源和探測器分離，且不能探測全相位的缺陷，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種CMOS集成源的太赫茲超外差正交探測陣列，包括四個(gè)環(huán)形片上天線、四組IQ混頻探測單元形成2×2陣列，以及分布式多路正交信號(hào)源；所述四個(gè)環(huán)形片上天線分別通過四組IQ混頻探測單元和分布式多路正交信號(hào)源相連；分布式多路正交信號(hào)源用于同時(shí)產(chǎn)生太赫茲定向輻射波束和多路正交信號(hào)；由四組IQ混頻探測單元混頻之后產(chǎn)生的I路和Q路中頻信號(hào)，經(jīng)放大濾波采樣后即可獲得被測信號(hào)的幅值和相位信息；四個(gè)環(huán)形片上天線用于接收太赫茲信號(hào)。

進(jìn)一步，所述四個(gè)環(huán)形片上天線使用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝，該工藝包含至少四層金屬，該天線采用金屬層Metal6制成。

進(jìn)一步，所述分布式多路正交信號(hào)源為太赫茲片上嵌入多路耦合器的功率合成天線，自底向上依次包括地平面、耦合線圈、等長交叉雙環(huán)天線；

該功率合成天線使用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝，該工藝包含至少四層金屬；地平面使用最底層金屬M(fèi)etal1；耦合線圈使用第二層金屬M(fèi)etal2；等長交叉的雙環(huán)天線的結(jié)構(gòu)使用最頂層金屬層Metal4，受到加工工藝的限制，連接部分需要使用到第三層金屬層Metal3，并且使用過孔進(jìn)行連接；

所述地平面上開有環(huán)形的地平面開槽7，地平面開槽7將地平面分割成地平面A6和圓形的地平面B8，圓形的地平面B8位于環(huán)形的地平面開槽7的中心；地平面A6在環(huán)繞地平面開槽7的一周，均勻分布伸入地平面開槽7內(nèi)部的凸起A33、凸起B(yǎng)34、凸起C35和凸起D36，上述凸起用于信號(hào)注入端接地，在天線和地平面A6之間形成回路；地平面B8用于耦合線圈接地面使用；

所述耦合線圈為帶有缺口的環(huán)形線圈，缺口處引出兩條線接外部工作電路，用于進(jìn)行四路差分信號(hào)輸出；所述耦合線圈包括耦合線圈A13、耦合線圈B14、耦合線圈C15和耦合線圈D16；耦合線圈按照相差物理角度90度、和伸入地平面開槽7的凸起相差45度分布在等長交叉雙環(huán)天線的一周，且位于等長交叉雙環(huán)天線下方；所述耦合線圈A13的接地線通過過孔A9連接地平面B8；耦合線圈B14的接地線通過過孔B10連接地平面B8；耦合線圈C15的接地線通過過孔C11連接地平面B8；耦合線圈D16的接地線通過過孔D12連接地平面B8；

所述等長交叉雙環(huán)天線包括相互交叉的環(huán)A23和環(huán)B24；環(huán)A23和環(huán)B24的主體部分位于金屬層Metal4，環(huán)A23和環(huán)B24的交叉處呈180度分布，由于受到工藝的限制，該交叉處分別設(shè)有輔助連接A17和輔助連接B18，且輔助連接A17和輔助連接B18均位于金屬層Metal3，其中輔助連接B18通過過孔G21和過孔H22同環(huán)A23的主體部分相連；輔助連接A17通過過孔E19和過孔F20同環(huán)B24的主體部分相連；環(huán)A和環(huán)B的周長相等，為基波信號(hào)的波長。

進(jìn)一步，所述凸起A33上設(shè)有信號(hào)注入正極性端A25、信號(hào)注入負(fù)極性端A29，且信號(hào)注入正極性端A25接環(huán)A23，用于注入相位為270度的基波信號(hào)；信號(hào)注入負(fù)極性端A29接環(huán)B24，用于注入信號(hào)為90度的基波信號(hào)，信號(hào)注入正極性端A25和信號(hào)注入負(fù)極性端A29形成一對(duì)差分信號(hào)注入端口；

所述凸起B(yǎng)34上設(shè)有信號(hào)注入正極性端B26、信號(hào)注入負(fù)極性端B30，且信號(hào)注入正極性端B26接環(huán)A23，用于注入相位為0度的基波信號(hào)；信號(hào)注入負(fù)極性端B30接環(huán)B24，用于注入信號(hào)為180度的基波信號(hào)，信號(hào)注入正極性端B26和信號(hào)注入負(fù)極性端B30形成一對(duì)差分信號(hào)注入端口；

所述凸起C35上設(shè)有信號(hào)注入正極性端C27、信號(hào)注入負(fù)極性端C31，且信號(hào)注入正極性端C27接環(huán)A23，用于注入相位為90度的基波信號(hào)；信號(hào)注入負(fù)極性端C31接環(huán)B24，用于注入信號(hào)為270度的基波信號(hào)，信號(hào)注入正極性端C27和信號(hào)注入負(fù)極性端C31形成一對(duì)差分信號(hào)注入端口；

所述凸起D36上設(shè)有信號(hào)注入正極性端D28、信號(hào)注入負(fù)極性端D32，且信號(hào)注入正極性端D28接環(huán)A23，用于注入相位為180度的基波信號(hào)；信號(hào)注入負(fù)極性端D32接環(huán)B24，用于注入信號(hào)為0度的基波信號(hào)，信號(hào)注入正極性端D28和信號(hào)注入負(fù)極性端D32形成一對(duì)差分信號(hào)注入端口。

進(jìn)一步，

所述過孔A9、過孔B10、過孔C11和過孔D12的高度相等，且高度由過孔連接的金屬層Metal1和Metal2之間的距離決定，材料為銅；

所述過孔E19、過孔F20、過孔G21和過孔H22的高度相等，且高度由過孔連接的輔助連接A17、輔助連接B18到環(huán)A23、環(huán)B24之間的距離決定，材料為銅。

進(jìn)一步，

所述用于連接耦合線圈A13的接地線和地平面B8的過孔A9的直徑為耦合線圈A13的接地線的寬度；

所述用于連接耦合線圈B14的接地線和地平面B8的過孔B10的直徑為耦合線圈B14的接地線的寬度；

所述用于連接耦合線圈C15的接地線和地平面B8的過孔C11的直徑為耦合線圈C15的接地線的寬度；

所述用于連接耦合線圈D16的接地線和地平面B8的過孔D12的直徑為耦合線圈D16的接地線的寬度；

所述用于連接輔助連接A17和環(huán)B24的過孔E19、過孔F20的直徑為環(huán)B24的寬度；

所述用于連接輔助連接B18和環(huán)A23的過孔G21、過孔H22的直徑為環(huán)A23的寬度。

本發(fā)明具有的有益效果是：該裝置基于CMOS固態(tài)電路超外差探測太赫茲波原理，建立全相位、全集成、高靈敏度的IQ混頻全相位探測機(jī)制和方法。探索有源分布式多相正交耦合變壓器理論及設(shè)計(jì)方法，構(gòu)建高靈敏度單片集成探測系統(tǒng)，并圍繞輻射環(huán)、正交耦合變壓器、混頻器、振蕩器等關(guān)鍵電路模塊在CMOS芯片中實(shí)現(xiàn)。探測器實(shí)現(xiàn)了片上集成源的2×2探測器陣列架構(gòu)，控制源從芯片背面輻射，探測器在芯片的正面接收信號(hào)，有效提高了源與探測器的隔離，解決了源與探測器之間的相互影響問題，并且該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)0～360°全相位信息的獲取，實(shí)現(xiàn)被測物體的內(nèi)部構(gòu)造3D成像。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明中探測器整體結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明中IQ相量圖。

圖3為本發(fā)明所使用的標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝金屬層示意圖。

圖4為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明信號(hào)注入示意圖。

圖6為本發(fā)明工作示意圖。

圖中，6為地平面A，7為地平面開槽，8為地平面B，9為過孔A，10為過孔B，11為過孔C，12為過孔D，13為耦合線圈A，14為耦合線圈B，15為耦合線圈C，16為耦合線圈D，17為輔助連接A，18為輔助連接B，19為過孔E，20為過孔F，21為過孔G，22為過孔H，23為環(huán)A，24為環(huán)B，25為信號(hào)注入正極性端A，26為信號(hào)注入正極性端B，27為信號(hào)注入正極性端C，28為信號(hào)注入正極性端D，29為信號(hào)注入負(fù)極性端A，30為信號(hào)注入負(fù)極性端B，31為信號(hào)注入負(fù)極性端C，32為信號(hào)注入負(fù)極性端D，33為凸起A，34為凸起B(yǎng)，35為凸起C，36為凸起D。

具體實(shí)施方式：

本發(fā)明的工作原理：

太赫茲輻射原理：輻射環(huán)與正交相位變壓器在CMOS工藝下的形成機(jī)理是本發(fā)明的主要研究內(nèi)容之一，多路振蕩器差分輸出端等間距連接在耦合金屬環(huán)上，若兩個(gè)耦合金屬環(huán)上的電流方向相反，則電磁輻射被抑制，耦合金屬環(huán)只起到了濾波的功能；若兩個(gè)耦合金屬環(huán)上的電流方向相同，則電磁輻射加強(qiáng)。如果金屬環(huán)周長等于頻率2f₀的信號(hào)的波長，金屬耦合環(huán)上的2f₀信號(hào)電流同相并保持一定的強(qiáng)度來回環(huán)行，則可以形成極化波，將電磁波能量輻射至空間中。產(chǎn)生正交相位的多相變壓器是基于輻射環(huán)的多路耦合線圈，線圈與輻射環(huán)耦合產(chǎn)生兩路差分信號(hào)，差分信號(hào)分別進(jìn)入分布在線圈周圍的四個(gè)90°正交耦合器，最終產(chǎn)生四路正交信號(hào)。

太赫茲探測原理：四個(gè)IQ混頻探測單元形成2×2陣列分布在環(huán)的四周，實(shí)線框圖表示分布式多路正交信號(hào)源，其功能為同時(shí)產(chǎn)生太赫茲定向輻射波束和多路正交信號(hào)。探測器陣列結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。正交信號(hào)分別與來自于環(huán)形片上天線接收的太赫茲信號(hào)，天線左路饋線接IQ混頻器的Q路，天線右邊饋線接IQ混頻器I路分別進(jìn)行混頻，其他三組天線接收太赫茲信號(hào)均按照上述方式進(jìn)行混頻。產(chǎn)生的I路和Q路中頻信號(hào)經(jīng)放大濾波后即可被后續(xù)數(shù)字電路讀出并經(jīng)計(jì)算后獲得被測信號(hào)的幅值和相位信息，對(duì)IQ信號(hào)進(jìn)行矢量合成即向量圖可獲得幅值和相位信息，如圖2所示。振蕩源中的壓控振蕩器工作頻率在太赫茲低端頻率100GHz，信號(hào)由緩沖放大器充分放大后經(jīng)5次諧波倍頻器向分布式多路正交信號(hào)源中注入0.5THz信號(hào)。探測器的混頻器的射頻端口與本振端口分別連接天線與變壓器的正交輸出端，混頻器輸出正交兩路信號(hào)IF_I和IF_Q。

太赫茲探測系統(tǒng)包括四個(gè)環(huán)形片上天線、四組IQ混頻探測單元形成2×2陣列，以及實(shí)線框圖表示的分布式多路正交信號(hào)源；所述四個(gè)環(huán)形片上天線分別通過四組IQ混頻探測單元和分布式多路正交信號(hào)源相連；分布式多路正交信號(hào)源用于同時(shí)產(chǎn)生太赫茲定向輻射波束和多路正交信號(hào)；由四組IQ混頻探測單元混頻之后產(chǎn)生的I路和Q路中頻信號(hào)，經(jīng)放大濾波采樣后即可獲得被測信號(hào)的幅值和相位信息；四個(gè)環(huán)形片上天線用于接收太赫茲信號(hào)；

如圖1所述IQ混頻探測單元包括IQ混頻器、分布式多路正交信號(hào)源產(chǎn)生的Q路信號(hào)、分布式多路正交信號(hào)源產(chǎn)生的I路信號(hào)，環(huán)形片上天線接收太赫茲信號(hào)，如圖探測器整體結(jié)構(gòu)框圖所示，處于分布式多路正交信號(hào)源左上角的天線左路饋線接IQ混頻器的Q路，天線右邊饋線接IQ混頻器I路；處于分布式多路正交信號(hào)源右上角的天線右路饋線接IQ混頻器的Q路，天線左路饋線接IQ混頻器的I路；處于分布式多路正交信號(hào)源左下角的天線左路饋線接IQ混頻器的Q路，天線右路饋線接IQ混頻器的I路；處于分布式多路正交信號(hào)源右下角的天線的右路饋線接IQ混頻器的Q路，天線左路饋線接IQ混頻器的I路，這樣四個(gè)分布式的環(huán)形片上天線探測到太赫茲信號(hào)分別與分布式多路正交信號(hào)源產(chǎn)生的正交信號(hào)經(jīng)過IQ混頻器進(jìn)行混頻。由四個(gè)IQ混頻器混頻之后產(chǎn)生的I路和Q路中頻信號(hào)經(jīng)放大濾波后即可被后續(xù)數(shù)字電路讀出并經(jīng)計(jì)算后獲得被測信號(hào)的幅值和相位信息，其相位信息如圖2所示。振蕩源中的壓控振蕩器工作頻率在太赫茲頻段，通過電路產(chǎn)生100GHz，產(chǎn)生的信號(hào)由緩沖放大器充分放大后經(jīng)5次諧波倍頻器向分布式多路正交信號(hào)源中注入0.5THz信號(hào)。組成探測器的四個(gè)IQ混頻器分別擁有兩個(gè)輸入端口和兩路輸出端口，輸入端口分別是射頻輸入端口和本振輸入端口，輸出端口分別是中頻信號(hào)I路(IF_I)和中頻信號(hào)Q路(IF_Q)。其中射頻輸入端口與本振輸入端口分別連接天線與倍頻器的正交輸出端，混頻器輸出正交兩路信號(hào)IF_I和IF_Q。

分布式多路正交信號(hào)源采用太赫茲片上嵌入多路耦合器的功率合成天線，自底向上依次包括地平面、耦合線圈、等長交叉雙環(huán)天線；

如圖3所示，該功率合成天線使用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝，該工藝包含至少四層金屬；地平面使用最底層金屬M(fèi)etal1；耦合線圈使用第二層金屬M(fèi)etal2；等長交叉的雙環(huán)天線的結(jié)構(gòu)使用最頂層金屬層Metal4，受到加工工藝的限制，連接部分需要使用到第三層金屬層Metal3，并且使用過孔進(jìn)行連接；

如圖4所示，所述地平面上開有環(huán)形的地平面開槽7，地平面開槽7將地平面分割成地平面A6和圓形的地平面B8，圓形的地平面B8位于環(huán)形的地平面開槽7的中心；地平面A6在環(huán)繞地平面開槽7的一周，均勻分布伸入地平面開槽7內(nèi)部的凸起A33、凸起B(yǎng)34、凸起C35和凸起D36，上述凸起用于信號(hào)注入端接地，在天線和地平面A6之間形成回路；地平面B8用于耦合線圈接地面使用；

所述耦合線圈為帶有缺口的環(huán)形線圈，缺口處引出兩條線接外部工作電路，用于進(jìn)行四路差分信號(hào)輸出；所述耦合線圈包括耦合線圈A13、耦合線圈B14、耦合線圈C15和耦合線圈D16；耦合線圈按照相差物理角度90度、和伸入地平面開槽7的凸起相差45度分布在等長交叉雙環(huán)天線的一周，且位于等長交叉雙環(huán)天線下方；所述耦合線圈A13的接地線通過過孔A9連接地平面B8；耦合線圈B14的接地線通過過孔B10連接地平面B8；耦合線圈C15的接地線通過過孔C11連接地平面B8；耦合線圈D16的接地線通過過孔D12連接地平面B8；

如圖5所示，所述等長交叉雙環(huán)天線包括相互交叉的環(huán)A23和環(huán)B24；環(huán)A23和環(huán)B24的主體部分位于金屬層Metal4，環(huán)A23和環(huán)B24的交叉處呈180度分布，由于受到工藝的限制，該交叉處分別設(shè)有輔助連接A17和輔助連接B18，且輔助連接A17和輔助連接B18均位于金屬層Metal3，其中輔助連接B18通過過孔G21和過孔H22同環(huán)A23的主體部分相連；輔助連接A17通過過孔E19和過孔F20同環(huán)B24的主體部分相連；環(huán)A和環(huán)B的周長相等，為基波信號(hào)的波長。

上述凸起A33上設(shè)有信號(hào)注入正極性端A25、信號(hào)注入負(fù)極性端A29，且信號(hào)注入正極性端A25接環(huán)A23，用于注入相位為270度的基波信號(hào)；信號(hào)注入負(fù)極性端A29接環(huán)B24，用于注入信號(hào)為90度的基波信號(hào)，信號(hào)注入正極性端A25和信號(hào)注入負(fù)極性端A29形成一對(duì)差分信號(hào)注入端口；所述凸起B(yǎng)34上設(shè)有信號(hào)注入正極性端B26、信號(hào)注入負(fù)極性端B30，且信號(hào)注入正極性端B26接環(huán)A23，用于注入相位為0度的基波信號(hào)；信號(hào)注入負(fù)極性端B30接環(huán)B24，用于注入信號(hào)為180度的基波信號(hào)，信號(hào)注入正極性端B26和信號(hào)注入負(fù)極性端B30形成一對(duì)差分信號(hào)注入端口；所述凸起C35上設(shè)有信號(hào)注入正極性端C27、信號(hào)注入負(fù)極性端C31，且信號(hào)注入正極性端C27接環(huán)A23，用于注入相位為90度的基波信號(hào)；信號(hào)注入負(fù)極性端C31接環(huán)B24，用于注入信號(hào)為270度的基波信號(hào)，信號(hào)注入正極性端C27和信號(hào)注入負(fù)極性端C31形成一對(duì)差分信號(hào)注入端口；所述凸起D36上設(shè)有信號(hào)注入正極性端D28、信號(hào)注入負(fù)極性端D32，且信號(hào)注入正極性端D28接環(huán)A23，用于注入相位為180度的基波信號(hào)；信號(hào)注入負(fù)極性端D32接環(huán)B24，用于注入信號(hào)為0度的基波信號(hào)，信號(hào)注入正極性端D28和信號(hào)注入負(fù)極性端D32形成一對(duì)差分信號(hào)注入端口。

上述耦合線圈A13、耦合線圈B14、耦合線圈C15和耦合線圈D16的長度均為二次諧波波長的二分之一。

上述過孔A9、過孔B10、過孔C11和過孔D12的高度相等，且高度由過孔連接的金屬層Metal1和Metal2之間的距離決定，材料為銅；所述過孔E19、過孔F20、過孔G21和過孔H22的高度相等，且高度由過孔連接的輔助連接A17、輔助連接B18到環(huán)A23、環(huán)B24之間的距離決定，材料為銅。

上述用于連接耦合線圈A13的接地線和地平面B8的過孔A9的直徑為耦合線圈A13的接地線的寬度；所述用于連接耦合線圈B14的接地線和地平面B8的過孔B10的直徑為耦合線圈B14的接地線的寬度；所述用于連接耦合線圈C15的接地線和地平面B8的過孔C11的直徑為耦合線圈C15的接地線的寬度；所述用于連接耦合線圈D16的接地線和地平面B8的過孔D12的直徑為耦合線圈D16的接地線的寬度；所述用于連接輔助連接A17和環(huán)B24的過孔E19、過孔F20的直徑為環(huán)B24的寬度；所述用于連接輔助連接B18和環(huán)A23的過孔G21、過孔H22的直徑為環(huán)A23的寬度。

上述輔助連接A17的長度為環(huán)B24跨接距離、過孔E19的直徑、過孔F20的直徑三者之和；輔助連接B18的長度為環(huán)A23跨接距離、過孔G21的直徑、過孔H22的直徑三者之和，上述環(huán)B24跨接距離為環(huán)B24的主體部分在金屬層Metal4的缺口長度；環(huán)A23跨接距離為環(huán)A23的主體部分在金屬層Metal4的缺口長度。

如圖6所示，為本發(fā)明的工作示意圖。二次諧波耦合進(jìn)入線圈，然后輸出四路差分信號(hào)。

上述太赫茲片上嵌入多路耦合器的功率合成天線的工作過程如下：

太赫茲片上嵌入耦合器的功率合成天線使用的是層疊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要求所使用的標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝至少包含四層金屬，使用最頂層金屬層Metal4和其下一層金屬層Metal3進(jìn)行等長交叉的雙環(huán)天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，環(huán)的寬度相等，兩環(huán)之間的距離和環(huán)的寬度相等，雙環(huán)的主體部分使用頂層金屬層Metal4進(jìn)行設(shè)計(jì)，Metal3進(jìn)行輔助連接部分的設(shè)計(jì)。位于金屬層Metal3的輔助連接部分和位于金屬層Metal4的雙環(huán)的主體部分通過過孔進(jìn)行連接，形成等長交叉的雙環(huán)，要求每個(gè)環(huán)的長度為基波信號(hào)的波長。在金屬層Metal2進(jìn)行帶有缺口的環(huán)形線圈設(shè)計(jì)，耦合線圈的長度為二倍頻信號(hào)波長的一半，且在與缺口處相反方向設(shè)有接地線進(jìn)行接地。輻射信號(hào)耦合進(jìn)入耦合線圈，輸出四路差分信號(hào)。在最底層金屬層Metal1上進(jìn)行地平面設(shè)計(jì)，地平面作為回路使用。天線和地平面上的槽的尺寸需要通過ANSYS HFSS進(jìn)行仿真優(yōu)化，從而獲得最佳的太赫茲片上天線尺寸，進(jìn)行太赫茲能量輻射。

綜上，基于超外差I(lǐng)Q混頻理論構(gòu)建高靈敏太赫茲探測陣列系統(tǒng)，以分布式多路正交信號(hào)源為核心，提供探測器所需的本振信號(hào)，探測器采用IQ混頻結(jié)構(gòu)，混頻器的射頻端口與本振端口分別連接天線與變壓器的正交輸出端，混頻器輸出正交兩路信號(hào)IF_I和IF_o，探測器由4組IQ混頻器構(gòu)成，且與太赫茲源集成在同一芯片中，實(shí)現(xiàn)CMOS工藝下太赫茲波高靈敏多信息探測成像，突破CMOS太赫茲源與探測器難以一體化有效集成且實(shí)現(xiàn)全相位探測的難點(diǎn)，解決太赫茲波在CMOS電路中傳輸損耗高、輸出功率低的問題。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示意性實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。