340GHz四次谐波混频器研究

发布时间：2017-09-06 23:44

  本文关键词：340GHz四次谐波混频器研究

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【摘要】：太赫兹波属于电磁波一种,学术上定义频率为100GHz-10THz的电磁波为太赫兹波。按照频段划分,其在频谱中的位置处于可见光和毫米波之间,决定了太赫兹波具有其独特的性质和优点,分辨率高,穿透性强。340GHz处大气衰减较小,可应用于通信、雷达等系统,因此针对该频段进行研究具有重要意义。作为太赫兹应用系统中的重要器件,混频器的主要作用是实现频率的搬移,因此整个接收机的性能与其性能息息相关。然而由于太赫兹波频段相对较高,国内目前难以获得用于基波混频的高质量本振源,而四次谐波混频器可以使得本振频率降低为四分之一,从而减少了对本振源的需求。综上,本文将围绕340GHz四次谐波混频器进行研究。建立正确的二极管模型是设计混频器的关键,因此本文针对二极管的模型进行了研究。通过建立二极管的三维模型,并设置内部波端口,通过提取S参数来表征肖特基势垒二极管的高频寄生效应,再结合二极管的本征模型共同来表征二极管的特性,然后在HFSS中完成无源结构的设计,再结合ADS软件,利用谐波平衡法对混频器进行整体优化设计。本文选取两种二极管芯片进行混频器仿真设计,并最终选择其中一款仿真结果较好的混频器模型进行加工。该混频器仿真结果显示,当射频输入信号在320GHz-355GHz范围内,混频器单边带变频损耗性能优于15dB,其中最优变频损耗可达8.29 dB。最后对加工装配的340GHz四次谐波混频器进行上下变频的测试。不同的本振条件下显示的测试结果表明,该款混频器均能满足10GHz带宽内,变频损耗优于20 dB,且测得最优变频损耗值为14.7dB。
【关键词】：肖特基势垒二极管 四次谐波混频器 太赫兹 变频损耗
【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】：TN773
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 太赫兹波简介9-10
• 1.2 太赫兹混频器的研究背景和意义10-12
• 1.3 太赫兹混频器的国内外发展动态12-19
• 1.4 肖特基二极管建模国内外发展动态19-22
• 1.5 本文主要研究内容22-23
• 第二章 太赫兹谐波混频器基本理论23-33
• 2.1 肖特基二极管简介23-25
• 2.1.1 金属-半导体结原理23-24
• 2.1.2 肖特基势垒二极管简介24-25
• 2.2 太赫兹肖特基二极管模型研究25-29
• 2.3 四次谐波混频器简介29-32
• 2.3.1 四次谐波混频器工作原理29-31
• 2.3.2 四次谐波混频器技术指标31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 340GHz四次谐波混频器仿真设计33-50
• 3.1 340GHz四次谐波混频器设计流程33-34
• 3.2 340GHz四次谐波混频器拓扑方案选取34-39
• 3.2.1 混频器电路拓扑结构选取34-35
• 3.2.2 传输线的选取35-37
• 3.2.3 介质基片的选取37
• 3.2.4 肖特基二极管芯片简介37-39
• 3.3 第一种 340GHz四次谐波混频器仿真优化39-47
• 3.3.1 屏蔽腔尺寸的设计39-40
• 3.3.2 射频输入探针过渡结构设计40-41
• 3.3.3 本振-中频双工仿真设计41-43
• 3.3.4 肖特基二极管 3D模型设计43-44
• 3.3.5 整体电路仿真及结果44-47
• 3.4 第二种 340GHz四次谐波混频器仿真优化47-49
• 3.4.1 无源电路设计47-48
• 3.4.2 整体电路优化设计48-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 340GHz四次谐波混频器加工及测试50-60
• 4.1 340GHz四次谐波混频器腔体及基片加工装配50-51
• 4.2 340GHz四次谐波混频器的测试51-59
• 4.2.1 340GHz四次谐波混频器下变频测试结果及分析51-57
• 4.2.2 340GHz四次谐波混频器上变频测试结果及分析57-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第五章 总结60-62
• 5.1 本论文主要的工作内容60
• 5.2 未来展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-67
• 攻硕期间取得的研究成果67-68

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本文编号：806159