高隔离度光控微波开关的理论与技术研究

论文摘要

本文针对可应用于微波系统中的光控微波开关进行了研究。提出了以微带谐振单元,结合光敏半导体Si(硅)片的加载,实现光控微波开关的设计方案,并基于这些方案设计了具有较高隔离度并且结构紧凑的光控微波开关。第一章介绍了光控微波开关的应用背景、优点,国内外的研究概况和本课题所做的主要工作。光控微波开关是为了解决在现有可重构天线和其它微波系统中存在的电磁兼容问题而提出来的。与传统开关相比,由于其不需要偏置电路和电控制信号的,对微波系统将不会产生不必要的电磁干扰。在光控微波开关的设计中,如何提高其隔离度以满足系统的需求,是本文所要解决的问题。第二章介绍光电导效应及其合理的分析模型。为了使复杂的光电导效应能够有效地应用于本文中,本章对其进行了合理的建模分析,并对光敏材料进行了选择。在所建模型中,要求光生载流子层的等效深度要近似等于所加载Si片的厚度,以保证开关导通时较低的插入损耗。最后本章对本文光控微波开关的工作原理进行了阐述。第三章介绍微带谐振单元的设计。为了实现光控微波开关的高隔离度,本章引入微带谐振单元以满足设计要求。基于微带谐振单元所提供的频率阻带效果,将其应用于提高开关隔离度的设计中,具有一定的可行性。仿真与实验结果表明,这些谐振单元具有较为明显的阻带效果和紧凑的结构。第四章主要介绍了高隔离度光控微波开关的设计。本章基于Si片的光电导效应和微带线谐振单元的特性,形成了具有高隔离度且结构紧凑的谐振型光控微波开关。为了使所加载的Si片紧密地固定在微带谐振单元所在平面上,并确保Si片与微带线具有良好的接触,结合第二章的相关内容,本章对Si片进行了一些改进处理。开关的实验数据表明,设计基本达到了高隔离度的指标要求。接着,本章对设计中出现显著影响开关性能的现象进行了分析。第五章对课题所做的工作进行了总结,并对后续研究工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 本文主要研究内容和创新
• 第二章 光电导效应及其建模
• 2.1 光电导效应的基本原理
• 2.1.1 光电导效应的基本概念
• 2.1.2 光电导效应的描述
• 2.2 光电导效应的建模
• 2.2.1 现有文献中所提出的模型
• 2.2.2 本文中所应用的模型
• 2.2.3 光敏半导体材料的选择
• 2.3 本文开关的基本工作原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 微带谐振单元的设计
• 3.1 微带线传输特性
• 3.1.1 有效介电常数与特性阻抗
• 3.1.2 色散特性
• 3.2 微带谐振单元结构设计
• 3.2.1 开环结构
• 3.2.2 带上谐振结构
• 3.2.3 设计误差分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 高隔离度光控微波开关的设计
• 4.1 开关的整体结构
• 4.1.1 光敏材料的加载
• 4.1.2 激光扩束准直件
• 4.2 测试系统
• 4.3 开环结构的开关
• 4.3.1 开关A
• 4.3.2 仿真及实验结果
• 4.3.3 小结
• 4.4 带上谐振结构的开关
• 4.4.1 开关B
• 4.4.2 开关C
• 4.4.3 开关D
• 4.4.4 小结
• 4.5 一些影响设计因素的分析
• 4.5.1 间隙的影响
• 4.5.2 Si片介电常数的影响
• 4.5.3 载流子等效深度的影响
• 4.5.4 介质基板厚度的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果