基于伏特拉级数法的微波非线性散射函数建模与设计的研究

论文摘要

随着高频段和大功率的应用,微波器件更多的是工作在非线性区,在这种情况下,传统的S参数已经不能满足非线性器件建模和电路设计的要求。本文在对非线性理论深入研究的基础上,介绍了一个新的表征非线性特性的参数——非线性散射函数。我们在已提出的非线性散射函数的基础上,对其进行了改进,完善了非线性散射函数的概念。利用这种表征方式,我们考虑了器件的谐波特性,更为完整的表达了器件大信号状态下的非线性特性。本论文主要对肖特基二极管的建模技术、仿真技术及肖特基倍频器的设计进行了研究。论文从二极管传统的建模方法入手,建立了它的小信号模型,用优化的方法提取了小信号模型参数。利用搭建的以数字示波器为核心的非线性散射函数测试系统,测量了肖特基二极管的部分非线性散射函数,并利用测得的非线性散射函数对肖特基二极管进行了大信号建模,提取了大信号模型参数。在完成了小信号建模和大信号建模之后,我们利用伏特拉级数法对上述器件模型进行了非线性分析,分析过程中采用的是伏特拉级数分析法中的非线性电流法。并在此基础上进行了非线性散射函数建模,得到了我们需要的表征结果,并与我们测量得到的数据进行了比较。在最后,我们利用非线性散射函数建模的结果,设计了输入输出匹配网络及滤波器,完成了肖特基二极管倍频器的设计。在本文中无论是小信号建模还是大信号建模,我们都是在实测数据的基础上进行的,这样得到的模型更接近于微波器件的实际工作状态,避免了利用仿真数据建模过程中过于理想化的问题或是内部给定偏置的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2.1 课题来源
• 1.2.2 课题的目的及意义
• 1.3 国内外研究现状及分析
• 1.3.1 器件建模的发展及研究现状
• 1.3.2 微波仿真技术的发展
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 微波非线性散射函数理论
• 2.1 微波网络非线性理论及其表征方法
• 2.1.1 非线性电路的特点
• 2.1.2 非线性电路的传统表征方法
• 2.1.3 非线性现象的影响
• 2.2 微波非线性散射函数
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 非线性散射函数的定义及物理含义
• 2.3 微波非线性散射函数的性质
• 2.3.1 非线性散射函数的特性
• 2.3.2 非线性散射函数矩阵与非线性阻抗函数矩阵的关系
• 2.3.3 两端口非线性网络与两端口线性网络的级联、串联、并联
• 2.4 小结
• 第三章 肖特基二极管模型的建立
• 3.1 概述
• 3.2 肖特基二极管小信号模型的建立
• 3.2.1 肖特基势垒二极管结构及原理
• 3.2.2 肖特基势垒二极管小信号模型
• 3.2.3 肖特基势垒二极管小信号模型参数的提取
• 3.2.4 模型参数提取结果
• 3.3 肖特基二极管大信号模型的建立
• 3.3.1 肖特基二极管大信号建模
• 3.3.2 非线性散射函数测量系统
• 3.3.4 模型参数提取结果
• 3.4 小结
• 第四章 微波非线性电路分析方法
• 4.1 非线性电路分析方法概述
• 4.2 非线性电路的伏特拉级数分析
• 4.2.1 伏特拉级数法原理
• 4.2.2 伏特拉级数特点与性质
• 4.2.3 非线性转移函数法
• 4.3 非线性电流法分析肖特基势垒二极管
• 4.3.1 非线性电流法介绍
• 4.3.2 非线性电流法在多节点电路中的应用
• 4.3.3 非线性电流法分析肖特基势垒二极管
• 4.4 基于伏特拉级数法的非线性散射函数建模
• 4.5 伏特拉分析及非线性散射函数建模结果与仿真
• 4.6 小结
• 第五章 肖特基二极管倍频器设计
• 5.1 概述
• 5.2 肖特基势垒二极管二倍频器设计
• 5.2.1 肖特基二极管二倍频器设计方案
• 5.2.2 带通滤波器的设计
• 5.2.3 输入输出匹配网络设计
• 5.3 肖特基二极管整体优化
• 5.4 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 附录C