340GHz固态倍频技术研究

发布时间：2017-09-28 13:10

  本文关键词：340GHz固态倍频技术研究

  更多相关文章： 太赫兹源 无偏置 肖特基势垒二极管 三倍频器

【摘要】：近年来随着在宽带通信、物体成像、安全检查、天文探测等领域的广泛应用,太赫兹技术正获得专家学者与日俱增的关注和青睐,而稳定、可靠、高效的太赫兹频率源是太赫兹技术首要解决的问题。基于半导体器件的固态倍频器凭借其性能稳定、结构紧凑、体积小、重量轻、可室温工作等优势而成为产生太赫兹频率源的主要方式。340GHz作为太赫兹波大气传输的大气窗口之一,可以应用于通信系统中。本文通过对二极管倍频技术的研究分别设计了基于混合集成方式的340GHz零偏置平衡式与串联式三倍频器。倍频器设计采用HFSS与ADS软件联合仿真的方法。通过化整为零的方法将整个倍频电路分为输入输出探针过渡、滤波器等若干个具有单独功能的子电路,通过HFSS完成各个子电路的仿真与设计,并建立二极管三维电磁模型以仿真二极管的寄生参数,将仿真结果以SNP文件格式导入到ADS中联合其本征SPICE模型对整体非线性倍频电路进行谐波平衡仿真,通过ADS与HFSS交替仿真与优化而完成倍频器的最终设计。本文对340GHz零偏置平衡式以及串联式三倍频器进行了加工、组装和实物测试。测试结果表明:当输入功率固定在36mW左右时,340GHz平衡式三倍频器最大输出功率为332uW,对应的最低变频损耗为20.9dB。由不同输入激励功率下的测试数据可以推断若能获得更大的激励信号源,则倍频器可以获得更高的输出功率和更佳的倍频损耗。串联式三倍频器最大输出功率为821uW,最佳变频损耗为15.99dB。两版倍频器均成功得到了320~350GHz的太赫兹波信号。本文的设计方法和积累的经验可以为后续太赫兹频段倍频器的研究和设计提供参考和借鉴意义。
【关键词】：太赫兹源 无偏置 肖特基势垒二极管 三倍频器
【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】：TN771
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 太赫兹技术及其应用现状10-12
• 1.2 太赫兹源的产生方法12-13
• 1.3 太赫兹倍频器国内外发展动态13-19
• 1.4 本文研究内容及章节安排19-20
• 第二章 倍频器基本理论20-34
• 2.1 倍频器工作原理20-21
• 2.2 平面肖特基势垒二极管21-26
• 2.2.1 肖特基势垒接触的形成21-23
• 2.2.2 I-V特性23
• 2.2.3 C-V特性23-24
• 2.2.4 串联电阻24-26
• 2.2.5 反向击穿电压与截止频率26
• 2.3 肖特基二极管在太赫兹频段下的特殊效应26-29
• 2.3.1 饱和电流效应(Current saturation effect)26-27
• 2.3.2 涡流效应(Eddy currents effect)27-28
• 2.3.3 趋肤效应(Skin effect)28
• 2.3.4 邻近效应(Proximity effect)28-29
• 2.4 肖特基二极管在太赫兹频段模型研究29-31
• 2.4.1 二极管的等效电路模型29-30
• 2.4.2 二极管的三维电磁模型30-31
• 2.5 倍频器常用的结构31-33
• 2.5.1 非平衡式倍频器31-32
• 2.5.2 平衡式倍频器32-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第三章 340GHz平衡式三倍频器研究34-53
• 3.1 方案选择34-35
• 3.2 电路仿真优化流程35-36
• 3.3 二极管模型36-38
• 3.4 倍频器电路设计38-48
• 3.4.1 屏蔽腔的选择38-40
• 3.4.2 最佳嵌入阻抗值提取40-42
• 3.4.3 波导-微带-悬置微带探针过渡42-44
• 3.4.4 输入低通滤波器的设计44-45
• 3.4.5 电路整体仿真与优化45-48
• 3.5 实验测试与结果分析48-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 340GHz串联式三倍频器研究53-65
• 4.1 方案选择及设计流程53-55
• 4.1.1 方案选择53-54
• 4.1.2 电路仿真设计流程54-55
• 4.2 二极管模型55-56
• 4.3 倍频器电路设计56-62
• 4.3.1 直流偏置滤波器的设计56-57
• 4.3.2 输入低通滤波器设计57-58
• 4.3.3 波导-悬置微带探针过渡58-60
• 4.3.4 电路整体优化设计60-62
• 4.4 实验测试与结果分析62-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 总结与展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间取得的成果72-73

【参考文献】

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本文编号：936013