本文選題：毫米波 + 肖特基勢壘二極管��； 參考：《杭州電子科技大學》2015年碩士論文

【摘要】：隨著毫米波技術在雷達、電子對抗等軍事領域以及現代通信、射頻天文學、醫(yī)療等民用方面的興起和應用,對工作頻率高、穩(wěn)定性好以及相位特性好的毫米波源的需求愈加迫切。目前獲得毫米波源的方式有鎖相頻率合成、振蕩器直接合成和由倍頻電路產生。相比前兩種方式,由倍頻電路產生的毫米波源表現出低成本、高穩(wěn)定性和低相位噪聲的特點。因此,倍頻器常常作為模塊電路出現在毫米波收發(fā)機中。伴隨著倍頻器的迅猛發(fā)展,國內外對倍頻器的研究也越來越多。本文基于肖特基勢壘二極管和70nm Ga As mHEMT工藝,研究了毫米波段倍頻器的設計技術,最終完成了一款V波段無源倍頻器和一款D波段Monolithic Microwave Integrated Circuit(MMIC)有源二倍頻器的設計。本文首先對近年國內外毫米波倍頻器的研究狀況進行了調研,總結了毫米波倍頻器的發(fā)展和各種常見拓撲結構的優(yōu)缺點;然后介紹了倍頻器的基礎理論,包括倍頻器的基本工作原理,非線性電路的分析方法——諧波平衡法,倍頻器的分類方法以及各類倍頻器的特點;并重點分析了肖特基勢壘二極管和場效應晶體管的非線性效應。在此基礎上,設計了基于肖特基勢壘二極管的V波段無源二倍頻器和基于70nm Ga As mHEMT工藝的D波段MMIC有源二倍頻器�；谏逃眯ぬ鼗鶆輭径䴓O管芯片,本文設計了一種毫米波無源二倍頻器。通過電磁場仿真,對除非線性肖特基結以外的無源結構進行電磁場全波分析,從而對該二極管芯片建立起一個更為準確的3 dimensional(3D)EM模型。基于該模型完成了一個二極管倍頻器設計。仿真結果表明:當輸入信號功率為15dBm時,在輸出頻率58GHz處,該二倍頻器獲得最小倍頻損耗9.2dB,輸出3d B帶寬為50-75.4GHz,覆蓋了整個V波段;在輸入頻率25-36GHz頻段范圍內,基波抑制大于20dB;在25-37.3GHz頻段范圍內,輸入反射系數小于-10dB。但由于芯片焊接、模型精確度、測試系統(tǒng)誤差和加工誤差等原因,相比于仿真結果,測試結果存在不同程度的性能退化。利用70nm Ga As mHEMT工藝,本文另外設計了一種輸出頻率為128-145GHz的毫米波二倍頻器,并對整體電路進行了全波仿真。其設計流程包括:管芯尺寸選取、直流偏置電壓選取、直流偏置網絡設計、電路穩(wěn)定性檢驗、基波抑制結構設計、阻抗匹配網絡設計和二倍頻器整體設計與優(yōu)化。仿真結果表明:輸入信號功率固定為4dBm進行頻率掃描,當輸入頻率為68.5GHz時,該二倍頻器達到最大輸出功率-2.56dBm,輸出3d B帶寬為64~72.5GHz,且在整個V波段范圍內基波抑制都大于20dB;輸入信號頻率固定為69GHz進行功率掃描,當輸入功率為4dBm時,該二倍頻器達到最大倍頻增益-6.57dB;當輸入功率為5dBm時,二倍頻器達到最大輸出功率-2.29dBm;在輸入頻率66.5-71.5GHz頻段范圍內,輸入反射系數小于-10dB,在輸出頻率134-142.5GHz頻段范圍內,輸出反射系數小于-10dB。整個芯片的面積(包含pad)為0.83×0.39mm2。最后對倍頻器的二次諧波輸出功率進行了測試,輸入信號功率固定為4dBm進行頻率掃描,輸入頻率為64GHz時得到二次諧波輸出功率最大值-6.2dBm。因條件及時間等限制,測試結果尚不完整。本文對于毫米波倍頻器的設計方法作了分析總結,為我國無線通信毫米波電路設計提供了有益的探索和一定的借鑒意義。
[Abstract]:This paper studies the research status of millimeter wave frequency multiplier based on Schottky barrier diode and 70nm Ga As mHEMT . The design process includes : die size selection , DC bias voltage selection , DC bias network design , circuit stability test , fundamental wave suppression structure design , impedance matching network design and two frequency multiplier overall design and optimization .
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN771

【參考文獻】

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1 繆麗;鄧賢進;王成;;140GHz二倍頻器的研制[J];太赫茲科學與電子信息學報;2013年03期

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本文編號：1946023