InP HBT器件模型及太赫兹单片放大电路研究

发布时间：2023-03-31 20:32

　　太赫兹技术在超高速通信、雷达探测、安全检查、生物技术领域有广阔的应用前景,逐渐成为国际电子技术研究的热点方向。固态太赫兹技术具有轻量化,小型化,多功能,军民两用并且民用前景广阔等优势,其技术研究起步较晚,还有很多需要研究突破的技术问题,太赫兹单片放大技术便是其中一个重点科研方向。本文针对太赫兹单片放大技术的关键问题进行研究,主要研究内容围绕磷化铟异质结双极型晶体管(InP HBT)建模和太赫兹单片放大电路(TMIC PA)的研制进行。太赫兹单片放大技术的难点,首先是如何充分利用固态器件在太赫兹频段有限的增益和输出功率,这要求电路设计时,必须有高精度器件模型作为支撑。所以本文的研究首先从太赫兹器件建模开始,通过开发新型并且具有实用能力的太赫兹器件模型,支撑后续太赫兹单片放大电路的设计。文中设计和流片测试了多款基于我国自主InP HBT工艺线的太赫兹单片放大器,总结并改进了太赫兹放大电路设计方法。之后还进行了单片放大器的模块化实验,进一步完善了本文的太赫兹器件模型和单片电路研究体系。本文主要研究内容包括:(1)InP HBT色散电极间寄生参数研究。在低频器件模型中较少考虑电极间寄生参数,但...

【文章页数】：167 页

【学位级别】：博士

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摘要
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第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 太赫兹技术发展
        1.1.2 固态太赫兹技术
    1.2 高频InP HBT器件模型研究进展
        1.2.1 小信号模型进展
        1.2.2 大信号模型进展
    1.3 太赫兹InP HBT单片放大电路研究进展
    1.4 本文的研究内容和章节安排
第二章 InP HBT器件基本原理及其高频测试方法
    2.1 引言
    2.2 HBT器件基本工作原理
    2.3 国产太赫兹InP DHBT器件
    2.4 太赫兹器件测试与校准
    2.5 本章小结
第三章 太赫兹InP HBT电极间寄生效应研究和小信号等效电路模型建模
    3.1 引言
    3.2 太赫兹InP HBT电极间寄生效应研究方法
        3.2.1 三维电磁场仿真方法概述
        3.2.2 寄生参数三维电磁场仿真提取方法研究
    3.3 色散电极间寄生参数模型
        3.3.1 色散电极间寄生参数模型拓扑
        3.3.2 EM仿真软件校准
        3.3.3 色散电极间寄生参数提取方法
        3.3.4 色散电极间寄生参数模型的小信号模型验证
        3.3.5 电极间寄生参数提取小结
    3.4 InP HBT双基极内电阻小信号等效电路模型拓扑
    3.5 双基极内电阻小信号模型参数提取
        3.5.1 串联电阻和串联电感提取
        3.5.2 寄生电容提取
        3.5.3 本征参数初始化与参数提取
    3.6 多偏置小信号模型验证
    3.7 本章小结
第四章 InP HBT大信号等效电路模型建模
    4.1 引言
    4.2 InP HBT大信号等效电路模型拓扑优化
    4.3 InP HBT大信号模型参数提取
        4.3.1 电流方程及其参数提取
        4.3.2 电荷方程及其参数提取
        4.3.3 软膝现象
        4.3.4 热-电耦合
    4.4 大信号模型在电路仿真软件中的实现
    4.5 模型验证
    4.6 本章小结
第五章 太赫兹InP DHBT单片放大电路研究
    5.1 引言
    5.2 InP DHBT单片电路设计环境
    5.3 太赫兹单片放大电路的设计方法
    5.4 140 GHz单片放大电路研究
        5.4.1 140 GHz级联放大器
        5.4.2 140 GHz功率合成放大器
    5.5 平面空间功率合成(IPS)功分器研究
        5.5.1 平面空间功率合成(IPS)功分器
        5.5.2 常用太赫兹功分器对比分析
    5.6 220 GHz单片放大电路研究
        5.6.1 220 GHz级联放大器
        5.6.2 T型结功分器220 GHz单片放大器
        5.6.3 IPS功分器220 GHz单片放大器
    5.7 300 GHz单片放大电路研究
        5.7.1 200 -340 GHz IPS功分器设计
        5.7.2 300 GHz功率合成共基极放大器设计
    5.8 本章小结
第六章 太赫兹单片放大器封装技术研究
    6.1 引言
    6.2 过渡结构设计
        6.2.1 倒置共面波导过渡结构
        6.2.2 金丝键合E面探针对比研究
    6.3 腔体设计
    6.4 放大器模块测试
    6.5 本章小结
第七章 全文总结与展望
    7.1 引言
    7.2 本文的主要工作和创新点
    7.3 未来工作的展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果



本文编号：3775744