太赫兹波高速开关与匹配电路设计技术

发布时间：2017-06-06 17:11

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【摘要】：本文结合理论分析、仿真模拟,完成了GaN pHEMT阵列晶体管小信号模型的阻抗特性分析、GaAs pHEMT晶体管大信号模型阻抗特性分析和二极管大信号模型的动态阻抗特性,同时对比分析了功分形式的阻抗特性和单支线形式的阻抗特性。本文的主要工作以及创新点如下:1.结合频率选择表面的基本理论分析得出340GHz工字型FSS结构的基本尺寸,通过HFSS的模拟仿真精确的得出该结构的尺寸,并且之后研究了双导线传输线结构在高频情况下的传输特性。仿真结果表明:工字型结构在340GHz有良好的带阻特性,并且通过模拟仿真二极管断开的情况能够看出这种结构在中心处断开的情况有着良好的透射特性,作为调制器的话有较高的调制深度。双导线传输线在高频情况下也能够保持良好的传输特性。2.仿真了GaN pHEMT晶体管阵列在小信号情况下的阻抗特性和S参数。由实验结果和仿真结果对比可以看出用在小信号情况下实验结果和仿真结果基本保持吻合,验证了采用ADS仿真阵列晶体管的可行性。由实验结果可以看出在低调制速率的情况下晶体管阵列整体反射系数较小,随着输入频率的增加反射系数呈现出升高的趋势,为了保证调制信号在较高频的情况下能够保持良好的传输,下面我们对比了功分形式的阵列晶体管与单支线形式阵列晶体管的阻抗和S参数,发现随着频率的升高功分形式的阵列晶体管更加易于匹配。3.在上述GaN pHEMT晶体管小信号模型的基础上我们研究了GaAs pHEMT晶体管在大信号模型的情况下随输入功率和输入频率的变化其阻抗特性的变化,实验结果表明随着输入功率和输入频率的逐渐增加器件整体的阻抗在逐渐变小,更不易于匹配。在本章中我们仿真设计了0.1GHz-3GHz的宽频带功分器。之后我们又对比分析了大信号模型下功分形式的阵列晶体管阻抗特性和各个支线上电压,从仿真结果可以看出功分形式的阵列晶体管要更加易于匹配,功分形式的阵列晶体管在支线上的电压要更高。4.论文的最后一章分析了二极管的动态阻抗特性,从结合谐波成分和阻抗特性的仿真结果可以看出功分形式的阵列晶体管相对于单支线形式的阵列晶体管在500MHz和1GHz的情况下传输特性更好,整体器件的反射系数较小。本文从多方面仿真分析了功分形式阵列晶体管在高频的情况下更加易于匹配。
【关键词】：频率选择表面 太赫兹调制器 动态阻抗
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN386
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 太赫兹调制器的国内外发展现状10-15
• 1.3 论文的主要内容和各章安排15-16
• 第二章 频率选择表面的仿真设计16-25
• 2.1 频率选择表面的分析方法16-18
• 2.2 影响频率选择表面传输特性的参数18-21
• 2.2.1 FSS单元形状和尺寸18-19
• 2.2.2 结构排布方式和间距19
• 2.2.3 介质加载19
• 2.2.4 入射波极化角度的影响19-20
• 2.2.5 栅瓣现象20-21
• 2.3 工字型频率选择表面的结构仿真21-23
• 2.4 双导线传输线传输特性的仿真23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 pHEMT类型晶体管阵列的仿真25-35
• 3.1 对比单支线pHEMT类型调制器实验结果与仿真结果25-28
• 3.2 采用功分形式的调制器仿真结果28-33
• 3.2.1 Wilkinson功分器的设计28-32
• 3.2.2 功分形式的调制器建模以及仿真结果32-33
• 3.3 本章小结33-35
• 第四章 大信号阵列晶体管仿真35-55
• 4.1 晶体管器件仿真模型35-39
• 4.1.1 晶体管模型的种类35-36
• 4.1.2 基于半导体器件的理论模型36
• 4.1.3 数值解析模型36
• 4.1.4 以测量结果为基础的模型36-39
• 4.2 大信号GaAs pHEMT晶体管仿真39-47
• 4.2.1 大信号阵列晶体管阻抗仿真39-44
• 4.2.2 大信号情况下各个支线上电压变化情况44-47
• 4.3 功分形式下GaAs pHEMT调制器整体建模及仿真47-54
• 4.3.1 功分形式下阻抗仿真47-51
• 4.3.2 大信号情况下支线上电压变化仿真51-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 肖特基阵列二极管动态阻抗特性研究55-70
• 5.1 肖特基二极管动态电阻的基本模型55-56
• 5.2 单个二极管直流特性和动态特性的研究56-59
• 5.2.1 二极管直流特性56-57
• 5.2.2 二极管大信号状态下动态阻抗特性57-59
• 5.3 单支线和功分形式阵列二极管阻抗特性59-64
• 5.3.1 单支线阵列二极管的输入阻抗59-61
• 5.3.2 功分形式阵列二极管的阻抗61-64
• 5.4 谐波结果分析64-65
• 5.5 电压仿真结果65-69
• 5.5.1 单支线形式阵列二极管电压仿真结果65-67
• 5.5.2 功分形式阵列二极管电压仿真结果67-69
• 5.6 本章小节69-70
• 第六章 结语70-72
• 6.1 论文完成的工作以及创新70-71
• 6.2 论文的不足以及以后工作的建议71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-77

【参考文献】

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1 陈炽;氮化镓高电子迁移率晶体管微波特性表征及微波功率放大器研究[D];西安电子科技大学;2011年

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本文编号：426995