亚毫米波二倍频器的研究

论文摘要

亚毫米波在电磁波频谱中占有很特殊的位置,因此,在学术上有很重要的学术价值,但目前在国内对亚毫米波倍频源的研究还寥寥无几。本文将肖特基势垒二极管和石英基片电路安装在波导腔体的中间,输入和输出均为标准波导。采用固态电路获得亚毫米波信号源一般有两个途径:由各种振荡器直接获得和由毫米波频率经倍频获得。在亚毫米波范围内,通常采用半导体器件倍频方法获得固态源。该方法具有结构紧凑、调节比较容易、寿命长等优点。本文首先详细分析了肖特基势垒二极管偶次倍频原理、FET倍频原理和谐波平衡法,并根据倍频器的设计理论,建立了电路拓扑结构。器件以串联的方式安装于输入波导与悬置微带线连接处的混合结上,可满足偶次倍频的要求。首先进行偶次倍频器的电路模型设计和仿真分析,利用负载牵引法得到最佳匹配负载,在设计输出匹配电路时,本课题提出了带偏置电路的悬置微带线到波导的过渡;然后进行输入匹配设计,在HFSS中进行仿真,利用lump Port来代替二极管,其嵌入阻抗设为二极管的输入阻抗,对关键参数进行了仿真和优化;最后,通过ADS和HFSS等软件的联合仿真设计出180GHz平衡式无源二倍频器和360GHz平衡式无源四倍频器,并且对180GHz二倍频器电路进行了加工、制作和测试。测试表明,在178GHz~190GHz,倍频损耗平均为20.8dB,最小为16.8dB,基波被抑制。从目前的公开文献来看,这是国内第一次用固态电路倍频的方式得到了180GHz信号。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 亚毫米波的特点及应用
• 1.2 亚毫米波倍频器的意义
• 1.3 亚毫米波倍频器的国内外发展动态
• 1.4 课题介绍
• 第二章 倍频器概述
• 2.1 倍频器的基本理论
• 2.1.1 倍频器的特点及其应用
• 2.1.2 倍频器的分类
• 2.1.3 倍频器的主要性能指标
• 2.2 用二极管实现的无源倍频器
• 2.2.1 二极管非线性电阻倍频器
• 2.2.2 二极管非线性电抗倍频器
• 2.3 GaAs FET 有源倍频器
• 2.4 非线性电路的分析
• 第三章 180GHz 二倍频器的设计
• 3.1 偶次倍频原理
• 3.2 180GHz 二倍频器设计方案
• 3.2.1 肖特基势垒二极管
• 3.2.2 介质基片的选取
• 3.3 悬置微带线的一般特性及主要特性参量
• 3.4 180GHz 二倍频器的仿真
• 3.4.1 二极管对的非线性分析
• 3.4.2 带偏置的悬置微带线到波导的过渡
• 3.4.3 输出匹配与悬置微带到波导过渡相连
• 3.4.4 输入匹配
• 3.4.5 整体仿真
• 第四章 180GHz 二倍频器性能测试及分析
• 4.1 第一次倍频器的加工
• 4.2 180GHz 二倍频器测试系统
• 4.3 180GHz 二倍频器测试结果
• 4.4 改进后的倍频器的测试结果
• 4.5 下一步研究改进建议
• 第五章 360GHz 四倍频器的设计
• 5.1 设计方案
• 5.2 二极管对的非线性仿真
• 5.3 输入匹配
• 5.4 整体仿真
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者读研期间的研究成果