【摘要】：近年來,微波、毫米波信號源已經(jīng)廣泛應(yīng)用于輻射計、雷達、通信和其他電子系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域,而倍頻器是產(chǎn)生微波、毫米波信號的常用方法之一。在高頻段中,二端口無源倍頻器相比于有源振蕩器具有更好的穩(wěn)定性和更優(yōu)的噪聲系數(shù)。利用石墨烯材料的電磁場非線性特性制作無源倍頻器正在廣泛討論和研究中。由于無枝節(jié)回收石墨烯倍頻器的倍頻損耗較大、工作效率不高,極大地限制了石墨烯倍頻器的使用場景。因此針對這一問題本文通過枝節(jié)回收方法將需要的諧波分量保留,其余的反射回去。在反射過程中利用基波再次激勵石墨烯產(chǎn)生諧波分量,通過兩次需要的諧波分量疊加的方式,從而提高倍頻輸出功率和效率。就此本文做了以下研究工作:本文主要在對石墨烯倍頻器的發(fā)展與應(yīng)用調(diào)研的基礎(chǔ)上,根據(jù)倍頻器的基本原理與石墨烯的非線性特性。針對如何提高倍頻器效率,分別提出并分析倍頻器的三個方案:石墨烯間隙大小對石墨烯倍頻器效率的對比分析、二硫化鉬和石墨烯的倍頻效果對比、有無枝節(jié)回收對石墨烯倍頻器倍頻效果分析。通過對三種方案的分析,得到有枝節(jié)回收能夠提高倍頻器效率的結(jié)論。本文對枝節(jié)回收石墨烯倍頻器進行設(shè)計,包括微帶間隙大小、微帶線特性阻抗、枝節(jié)回收三部分。制作不同微帶間隙和不同微帶線阻抗的石墨烯倍頻器。通過對不同石墨烯微帶線間隙大小和不同阻抗值微帶線的石墨烯倍頻器測試得到:當(dāng)微帶間隙為0.3mm、阻抗為50歐姆的時候,輸出損耗最小。并用HFSS軟件設(shè)計了微帶線,優(yōu)化得到損耗低的微帶線;設(shè)計了輸入端的枝節(jié)回收和輸出端的枝節(jié)回收網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計了兩種枝節(jié)回收網(wǎng)絡(luò):倒彎枝節(jié)回收和未倒彎枝節(jié)回收。用ADS軟件分別對枝節(jié)未倒彎和枝節(jié)倒彎電路進行仿真,并針對仿真結(jié)果選出最優(yōu)設(shè)計方案。對有枝節(jié)回收的石墨烯倍頻器進行測試,枝節(jié)回收網(wǎng)絡(luò)達到提高石墨烯倍頻器效率的效果:當(dāng)輸入功率為14dBm時,無枝節(jié)回收的石墨烯倍頻器的最小變頻損耗為-28.85dB;當(dāng)輸入功率為14dBm時,枝節(jié)回收的石墨烯倍頻器的最小轉(zhuǎn)換損耗為-24.2dB。本文對有枝節(jié)回收石墨烯倍頻器的設(shè)計,為未來石墨烯在通信領(lǐng)域的應(yīng)用開拓思路,為研究石墨烯混頻器、石墨烯傳感器、石墨烯檢波器奠定了堅實的基礎(chǔ)。石墨烯倍頻器將引領(lǐng)通信技術(shù)的下一次革命。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN771
【圖文】：

圖 2-1 倍頻器工作原理示意圖：0 1cos( )if =V ωt：0 0 0Nf =V cos(ω t)i 表示倍頻器的輸入電壓，0V 表示倍頻器性變換特性：0( )ii =f v倍頻器的變換函數(shù)；i0表示倍頻器的是。將式（2-3）中輸出電流做泰勒級數(shù)展' '' 2 ''' 31 10 (0) (0) (0)2! 3!i i i ）+ f v + f v + f v+ 式（2.4），可以得到：1 1

和通信系統(tǒng)的設(shè)計中，有源倍頻器可以作為一種經(jīng)濟有號的系統(tǒng)中，可以使用低頻信號源的頻率倍增器。與直接比，這可以提供顯著的成本優(yōu)勢。核心是非線性器件（如晶體管），它在基頻下產(chǎn)生輸入信EMT 作為選擇的晶體管時，存在幾種非線性源。器的設(shè)計通常包括利用這些非線性中的一個或多個，選擇偏壓電平，以在所需諧波條件下產(chǎn)生可供選擇的輸出信號網(wǎng)絡(luò)操縱增強響應(yīng)。標(biāo)準(zhǔn)做法是利用漏源電流發(fā)生器作為波倍頻器的原理與設(shè)計如下所示：極管微波倍頻器管微波倍頻器的基本原理是向變?nèi)荻䴓O管施加穩(wěn)定的正電流。這種失真意味著電路中會產(chǎn)生高次諧波。選擇合適波頻率是為了達到倍頻效果(朱志勇，王積勤，2003)。

除了考慮基板厚度、相對介電常數(shù)以外，還包括介考慮成本及上述因素后,整個電路制作在介電常數(shù) ε Rogers RT/duroid 5880 基板上。勢壘二極管的工作原理二極管主要利用金屬與半導(dǎo)體的接觸（即金-半接觸特基勢壘，其對外體現(xiàn)非線性電阻特性。由于其具有大、噪聲電平較低、開關(guān)響應(yīng)迅速且結(jié)構(gòu)相對簡單等廣泛應(yīng)用于毫米波、太赫茲器件，如倍頻器件和混頻二極管的原理結(jié)構(gòu)圖如圖 2-5 所示。二極管制作于高上，在襯底上面的高導(dǎo)電率 N+緩沖層用于降低二極過程中外延層的雜質(zhì)漂移到襯底上；N+緩沖層之上形成整流結(jié)。肖特基勢壘二極管是半導(dǎo)體陰極與金屬機理是多數(shù)載流子發(fā)射穿過一個由于功函數(shù)不同而。

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本文編號：2752501