毫米波频段肖特基二极管的建模及其应用研究

摘要

二极管在毫米波、亚毫米波频段的倍频、混频、检波等电路中应用广泛。由于二极管的结构尺寸等原因，应用电路的性能会受到二极管寄生参量的影响。因此建立准确有效的二极管模型对设计电路具有重要意义。
　　本文以肖特基二极管模型展开研究，主要工作有以下几方面:
　　1、以商用肖特基变容二极管MA46H146为例，建立了它的等效电路模型和3-D电磁场模型。在HFSS(High Frequency Structure Simulator)中建立二极管模型的线性部分，在ADS中建立二极管模型的非线性部分，并进行联合仿真，最终得到MA46H146的3-D电磁场模型。仿真结果表明等效电路模型与3-D电磁场模型在5～40 GHz频段S21变化趋势一致，但3-D电磁场模型在低频段插损较大。
　　2、介绍了在S参数测试中常见的8项和12项误差模型，深入分析了利用校准方法提取误差模型参数的过程。采用TRL(Through、Reflect、Line)校准的方法设计三类校准件，并在5～40 GHz频段对串联单管二极管进行测试。测试结果表明实测二极管的S21与3-D电磁场模型吻合度高，证明了肖特基二极管的3-D电磁场模型的准确性。
　　3、使用肖特基变容二极管MA46H146的3-D电磁场模型设计Q频带串联单管二倍频器。通过在HFSS中建立倍频器整体无源结构，并与管芯非线性结构进行联合仿真，最终得到整体结构的倍频器模型。实验结果表明，倍频器的输出与仿真结果变化一致性高，且在驱动功率为12.5dBm时，倍频器输出功率高于-1dBm，峰值效率达到13.93％。
　　4、介绍了常见二极管的热研究方法，并以肖特基二极管MA46H146为研究对象，在COMSOL中建立二极管的模型，最终得到了二极管在管芯热源功率激励下的瞬态和稳态仿真结果。通过拟合二极管瞬态的升温曲线，得到二极管的热时间常数;通过分析不同热源功率下二极管稳态肖特基结温度，得到二极管的热阻与管芯热源功率的函数。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外发展现状

1．3 论文研究内容及章节安排

第二章 肖特基二极管模型研究

2．1 肖特基二极管的概述

2．2 肖特基二极管的等效电路模型

2．3 肖特基二极管的3-D电磁场模型

2．3．1 MA46H146 3-D电磁场模型

1．1．1 肖特基二极管物理模型S参数仿真

2．4 仿真结果分析

第三章 肖特基二极管模型的验证

3．1 误差模型

3．1．1 误差来源分析

3．1．2 12项误差模型

3．1．3 12项误差网络参数的提取

3．1．4 8项误差模型

3．1．5 8项误差模型与12项误差模型的关系

3．2 TRL校准

3．2．1 系统误差消除方法简介

3．2．2 TRL标准件的要求

3．3 肖特基二极管S参数测试

3．3．1 校准件的设计

3．3．2 校准件的验证

3．3．3 SOLT校准及TRL校准测试结果

3．3．4 测试结果分析

3．3．5 改进方案设计

3．3．6 改进方案实验结果

第四章 宽带倍频器设计与测试

4．1 宽带倍频器设计

4．1．1 倍频器无源结构设计

4．1．2 分离结构倍频器设计

4．1．3 整体结构倍频器设计

4．2 宽带倍频器的测试

4．2．1 倍频器测试环境

4．2．2 测试结果

4．3 结果分析与讨论

第五章 肖特基二极管的热研究

5．1 肖特基二极管热研究方法

5．2 肖特基二极管热仿真模型

5．3 瞬态及稳态热仿真

5．3．1 瞬态热仿真

1．1．2 稳态仿真

第六章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 不足与改进

致谢

参考文献