基于平面肖特基二极管的330GHz倍频器研究

摘要

作为频谱内唯一尚未得到完全开发利用的资源，太赫兹技术具有重要的应用价值和研究意义，成为近年来科学研究的热门领域。使用倍频的方式得到太赫兹信号源，广泛应用于通信、成像、雷达等近乎所有的太赫兹应用系统。特别是基于平面肖特基二极管技术的固态倍频器具有集成度高、工作稳定、成本适宜等优势，成为如今获得太赫兹信号源的主要方式。
　　330GHz附近频段作为太赫兹频段的大气传输窗口之一，在太赫兹通信中有着潜在的应用价值。本文通过HFSS(High Frequency Structure Simulator)与ADS(Advanced Design System)软件联合仿真的方法，设计了一种基于平面肖特基二极管技术的330GHz零偏置平衡式三倍频器。通过将整个倍频电路划分为输入输出探针过渡、阻抗匹配悬置微带、低通滤波器等单元模块电路，在HFSS软件中完成仿真设计并导出S参数文件到ADS软件中，联合基于物理结构和本征非线性SPICE模型的二极管芯片三维电磁模型，对整体倍频电路进行谐波平衡仿真，使用软件间迭代优化的方式完成倍频器设计。
　　本文对设计完成的330GHz倍频器进行加工、装配和测试。该倍频器实测得到最大输出功率为149μW，最低变频损耗为22.9dB。若能得到更大的驱动信号源，该结构的倍频器可以获得更好的倍频性能。
　　为了给330GHz二倍频器提供前级驱动模块，本文又设计了可加电压偏置的170GHz平衡式倍频器，仿真结果表明最大输出功率为42mW，最低变频损耗为6.8dB。
　　本文关于平面肖特基二极管的建模和倍频器电路软件联合设计的方法和经验可以为后续固态太赫兹倍频器研究和设计提供参考和借鉴。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 太赫兹技术简介

1.2 太赫兹源的产生方法

1.3 太赫兹倍频器国内外发展动态

1.4 论文研究内容及章节安排

第二章 平面肖特基二极管模型研究

2.1 平面肖特基二极管介绍

2.2 太赫兹频段平面肖特基二极管模型研究

2.3 平面肖特基二极管太赫兹频段特殊效应

2.4 本章小结

第三章 倍频器基本理论

3.1 倍频器工作原理

3.2 倍频器的分类及实现途径

3.2 倍频器常用电路结构

3.3 本章小结

第四章 330GHz平衡式三倍频器研究

4.1 设计流程

4.2 方案选择

4.3 倍频器设计及优化

4.4 实验测试与结果分析

4.5 本章小结

第五章 170GHz前级驱动倍频器设计

5.1 方案选择

5.2 设计流程

5.3 二极管参数确定

5.4 倍频器设计及优化

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果