太赫茲波得益于自身的獨(dú)特性,在眾多領(lǐng)域與交叉學(xué)科當(dāng)中發(fā)揮著巨大潛力,相關(guān)技術(shù)成為當(dāng)下最受關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)之一。當(dāng)下隨著電子與通信科學(xué)的高速發(fā)展,工作在太赫茲較低頻段的各類(lèi)器件與系統(tǒng)研究日漸完善,由于理論、技術(shù)與工藝等各個(gè)方面的限制,在太赫茲較高頻段的領(lǐng)域還存在空缺。近幾年國(guó)內(nèi)外開(kāi)始逐漸把關(guān)注點(diǎn)放在了太赫茲的較高頻領(lǐng)域,但是很多方面的研究還處于嘗試階段。無(wú)論工作在何種頻段的電路器件或是系統(tǒng),頻譜變換與搬移都是非常重要的一環(huán),這樣的功能通過(guò)混頻器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)�；祛l技術(shù)在低波段已經(jīng)較為成熟,而在太赫茲較高頻段為滿(mǎn)足變頻需求,研究1THz頻段的混頻器頗具意義。本文基于基本的混頻原理,對(duì)1THz單片集成諧波混頻器展開(kāi)研究,結(jié)合現(xiàn)有國(guó)內(nèi)可行的加工水平,對(duì)器件進(jìn)行仿真與研制,分別設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足指標(biāo)的四次諧波混頻器與八次諧波混頻器。采用較新的半導(dǎo)體電路工藝,整體電路基于極薄工藝制造的砷化鎵基片,采用單片集成的結(jié)構(gòu)。太赫茲混頻器采用諧波混頻的方式,對(duì)于四次諧波混頻器與八次諧波混頻器而言,本振頻率分別為射頻頻率的四分之一與八分之一附近,有效降低對(duì)本振源的需求。通過(guò)電磁軟件的聯(lián)合仿真研究,構(gòu)建并分析新型肖特基二極管模... 

【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

電磁波頻譜中太赫茲波段所處位置

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4數(shù)十年以來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)于太赫茲諧波混頻器的研究從未間斷，在時(shí)代的推進(jìn)下，其發(fā)展趨勢(shì)也在不斷地變化。太赫茲混頻器按照所使用的二極管類(lèi)型進(jìn)行劃分，從使用傳統(tǒng)型號(hào)的肖特基二極管，到研制出能夠適用在更高頻率、更高效的新型二極管；按照基片材料進(jìn)行劃分，從使用較廉價(jià)的5880軟基片，石英材料再到穩(wěn)定的砷化鎵材料；按照裝配技術(shù)進(jìn)行劃分，從傳統(tǒng)人工倒貼式裝配二極管的方式到單片集成技術(shù)；按照諧波混頻種類(lèi)進(jìn)行劃分，從分諧波、較低次諧波混頻器再到更高次諧波混頻器；按照傳輸線(xiàn)類(lèi)型進(jìn)行劃分，從使用傳統(tǒng)微帶線(xiàn)、懸置微帶線(xiàn)再到使用新型傳輸結(jié)構(gòu)等。無(wú)論何時(shí)進(jìn)行著怎樣的改變，太赫茲混頻器都始終向著更高工作頻段、更高效結(jié)構(gòu)、更優(yōu)秀性能的方向邁進(jìn)。以下內(nèi)容對(duì)國(guó)內(nèi)外時(shí)間上距今較近、在太赫茲較高頻較具有突破性的諧波混頻器發(fā)展動(dòng)態(tài)分別進(jìn)行報(bào)導(dǎo)。(1)近年國(guó)外動(dòng)態(tài)報(bào)導(dǎo)國(guó)外部分頂尖研究單位對(duì)太赫茲器件投入了大量的研究，例如以美國(guó)VDI公司為代表，長(zhǎng)期處于世界的較先進(jìn)水平。最近十年內(nèi)，VDI公司一直對(duì)高次諧波混頻器進(jìn)行著研究與報(bào)導(dǎo)，在1THz以上的研究取得了一系列突破性的進(jìn)展。2013年，美國(guó)VDI公司BerhanuT.Bulcha等人和佛吉尼亞大學(xué)合作研究提出一種工作在1.9THz~2.8THz高次諧波混頻器[7]，核心器件采用VDI自主研發(fā)的砷化鎵外延層肖特基二極管，如圖1-11(a)與(b)所示分別為九次諧波混頻器與三次諧波混頻器電路的結(jié)構(gòu)。電路各個(gè)部分采用微帶線(xiàn)集成在八微米厚的石英基片上，通過(guò)對(duì)角喇叭天線(xiàn)饋入頻率在2THz附近的射頻信號(hào)，當(dāng)其中頻帶寬為1MHz時(shí)，實(shí)現(xiàn)了九次諧波混頻的變頻損耗為63dB，三次諧波混頻的變頻損耗為45dB。圖1-21.9-2.8THz混頻器。(a)九次諧波混頻；(b)三次諧波混頻

第一章緒論52016年，VDI公司的BerhanuT.Bulcha，JeffreyL.Hesler等人研究了一種能夠工作在1.8THz~3.2THz頻段的混頻器[8]，同時(shí)也是對(duì)于寬帶WM-86(WR-0.34)型諧波混頻器的首次提出，包括三次諧波與四次諧波混頻類(lèi)型。該混頻器的指標(biāo)性能，較之前提出的1.9THz~2.8THz高次諧波混頻器而言更為優(yōu)秀，混頻器的射頻頻率達(dá)到3.2THz，三次諧波混頻的變頻損耗為27dB，四次諧波混頻的變頻損耗為30dB。其中頻和本振的電路，采用了厚度為20微米的石英材質(zhì)基片，由于肖特基二極管對(duì)無(wú)法集成到石英材料的基片上，選擇將肖特基二極管部分集成在厚度為3微米、材料為砷化鎵的薄基片，采用砷化鎵懸置微帶的方式使得工作帶寬增大，同時(shí)變頻損耗減小，其結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。圖1-3砷化鎵基片懸置微帶結(jié)構(gòu)平面肖特基二極管集成在太赫茲主體電路上，其具有較低的諧波因子，并且能夠在1.8THz~3.2THz的超寬射頻頻率范圍內(nèi)，進(jìn)行較為穩(wěn)定有效的工作。寬帶WM-86(WR-0.34)型的諧波混頻器結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。圖1-41.8-3.2THz的WM-86諧波混頻結(jié)構(gòu)


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