0.14THZ倍频技术研究

论文摘要

近年来,太赫兹（THz）通信系统的研究备受关注。稳定、可靠的固态频率源是实现太赫兹通信系统与应用的关键,而倍频方法则是获得高品质毫米波固态源的主要方式。本文首先介绍了THz波的特点及倍频器的发展动态和倍频机理,并在此基础上研制了一种基于肖特基变容二极管的宽带、高效率0.14THz二倍频器。该倍频器基于波导腔体石英基片微带电路形式,通过引线互联分别实现肖特基二极管接地和施加外部直流偏置。倍频器各部分应用宽带电磁耦合结构设计,关键部件采用肖特基变容二极管管对。其次,对变容二极管进行了建模仿真,利用谐波平衡分析方法对其二倍频性能及输入、输出阻抗进行了分析。为了更加准确、有效地实现该倍频电路,本文采用三维有限元与非线性谐波平衡联合仿真的方法,对0.14THz二倍频器的波导—微带过渡、微带低通滤波器、二极管安置段、直流偏置电路分段结构和整体倍频电路的性能进行了仿真和设计。最后,根据仿真的最佳结果,对0.14THz二倍频器的电路进行了加工和测试。测试结果表明,当输入频率为65-75GHz,驱动功率约为20dBm时,倍频器在130-144GHz频段内,输出功率大于2mW,最大输出功率在133GHz达到6.6mW,对应倍频效率为7.15%,中心频点140GHz处的输出功率为2.04mW,倍频效率2.1%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 倍频器的国内外研究现状
• 1.3 论文的内容概述
• 1.4 研究的意义
• 第2章 肖特基二极管倍频理论及建模
• 2.1 肖特基势垒二极管理论
• 2.1.1 肖特基二极管的物理分层结构
• 2.1.2 肖特基势垒的构成
• 2.1.3 电流传输理论
• 2.1.4 非线性I/V特性
• 2.1.5 等效电路模型
• 2.2 二极管倍频器的基本理论
• 2.2.1 倍频器的工作原理
• 2.2.2 倍频器的参数
• 2.2.3 二极管倍频器的特性
• 2.2.4 小结
• 2.3 变容二极管建模及性能仿真
• 2.3.1 二极管建模
• 2.3.2 二极管的二倍频性能仿真
• 第3章 0.14THZ二倍频器的设计与仿真
• 3.1 二倍频器整体设计方案
• 3.1.1 基片电路的选择
• 3.1.2 倍频器设计方案及流程
• 3.2 二极管安置段的仿真设计
• 3.3 波导—微带过渡结构设计
• 3.4 滤波器的设计
• 3.4.1 输入低通滤波器
• 3.4.2 直流偏置电路
• 3.5 整体电路仿真
• 第4章 0.14THZ二倍频器的实现和测试
• 4.1 倍频器的实现工艺
• 4.2 倍频器的实验研究
• 4.3 实验结果分析与总结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文