基于数字相位控制的低太赫兹频段功率合成

摘要

太赫兹是微波领域的前沿研究学科。在众多的太赫兹波技术难题中，如何得到高功率的太赫兹辐射源一直是太赫兹技术发展的一大阻碍。近年来，这一问题的研究已经受到了越来越多的关注重视，其中功率合成是解决该问题的一种非常有效的方法。
　　本论文提出了一种基于数字相位控制在低频率太赫兹波的功率合成的方法，这种方法可以解决功率合成当中相位校准的问题。经过理论上的分析，该方法可以提高最终功率合成的效率。为了证明我们的这种方案的可行性，我们使用渡越时间雪崩二极管设计完成了在0.11THz的原理样机。
　　雪崩二极管只有装备在合适的腔体中才能保持最佳工作状态。我们通过仿真设计以及实际测量完成了雪崩二极管的腔体以及阻抗匹配的设计，使腔体能够同时满足对射频激励源输入和低频率太赫兹输出上的匹配。
　　雪崩二极管需要配置一定的激励源才能倍频到目标频率。本文按照激励源的具体要求，从原理分析、设计方案到围绕具体芯片搭建电路对雪崩二极管的射频激励源和直流偏置进行了详细的说明，针对激励源的各项指标对装配完成的电路进行了测试。
　　本文对0.11THz的原理样机进行了测量并对结果作进一步分析。测量的结果符合预期的分析。分析显示，本文提供的方法能够应用在低频率太赫兹波段的功率合成上，并提供足够的相位控制精度。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外现状分析

1．3 本课题主要研究内容及创新点

1．4 论文的章节安排

2 功率合成相关理论

2．1 功率合成概述

2．2 太赫兹频段功率合成的挑战

2．2．1 相位噪声和抖动

2．2．2 相位差和抖动对功率合成的影响

2．2．3 太赫兹频段功率合成的挑战

2．3 本章小结

3 雪崩二极管高次倍频腔体的设计

3．1 雪崩二极管高次倍频的原理

3．2 雪崩二极管高次倍频腔体的设计

3．3 基于测量的阻抗匹配设计

3．4 本章小结

4 雪崩二极管激励源的设计

4．1 射频激励源中的频率合成技术

4．2 雪崩二极管射频激励源的设计

4．2．1 锁相环频率合成电路

4．2．2 倍频滤波以及功率放大电路

4．3 雪崩二极管直流偏置的设计

4．4 太赫兹激励源的测试

4．4．1 射频激励源相位控制精度的测量

4．4．2 射频激励源输出功率和相位噪声的测量

4．4．3 直流偏置的测量

4．4．4 控制软件的设计

4．5 本章小结

5 太赫兹功率合成系统

5．1 太赫兹功率合成器的设计

5．2 太赫兹功率合成系统的结构介绍

5．3 功率合成系统的测量及结果分析

5．4 系统的总体评估

5．5 本章小结

6 结束语

参考文献

攻读硕士期间所取得的科研成果