發(fā)布時(shí)間：2020-03-30 02:35

【摘要】：太赫茲波由于具有豐富的頻譜資源,在成像、通信和安檢等領(lǐng)域均有很好應(yīng)用前景,已成為近年來學(xué)術(shù)界工業(yè)界研究及關(guān)注熱點(diǎn),因此對(duì)太赫茲技術(shù)及相關(guān)電路技術(shù)的研究具有重大意義。本論文針對(duì)太赫茲成像應(yīng)用中的超再生接收機(jī)進(jìn)行了研究及設(shè)計(jì)。文中首先介紹太赫茲的頻譜、太赫茲波的基本特性和其相關(guān)應(yīng)用,概述了近年國(guó)內(nèi)外太赫茲收發(fā)機(jī)的研究現(xiàn)狀,對(duì)太赫茲超再生接收機(jī)及其相關(guān)模塊進(jìn)行了理論分析。在此基礎(chǔ)上完成了297.4GHz壓控振蕩器、280GHz超再生接收機(jī)和280GHz全集成電荷聚集超再生接收機(jī)等三款電路的設(shè)計(jì)。論文的主要研究?jī)?nèi)容和貢獻(xiàn)如下:(1)以提高超再生接收機(jī)的靈敏度為目標(biāo),綜合考慮硅基CMOS的相關(guān)損耗機(jī)制,提出了一種差分并聯(lián)電感,可改善品質(zhì)因數(shù),進(jìn)而提高了超再生接收機(jī)的靈敏度。采用差分并聯(lián)電感,完成了一款振蕩器的設(shè)計(jì)。作為超再生接收機(jī)的核心電路單元之一,該振蕩器工作頻率為295.6~299.7 GHz,頻率調(diào)諧范圍為4.1GHz,相位噪聲在10MHz頻率偏移處為-106.7d Bc/Hz,1.2V電源供電時(shí),功耗為20.8mW。(2)在前期研究基礎(chǔ)上,基于65 nm CMOS工藝,研究并設(shè)計(jì)了一款中心工作頻率為280GHz、靈敏度達(dá)到-90d Bm的超再生接收機(jī)(已經(jīng)流片成功,目前在測(cè)試中)。后仿結(jié)果表明在281.5GHz處,輸入信號(hào)為-20d Bm時(shí),接收機(jī)的最大增益為16.5d B,工作帶寬為2.3GHz,在1.2V電源電壓下功耗為10.8mW。(3)為減少工作在太赫茲頻段的片外天線與電路的互連加工工藝復(fù)雜、天線與電路之間阻抗匹配及電路中信號(hào)輸入端口阻抗匹配引入的損耗大等問題,論文設(shè)計(jì)了一款集成了天線的全集成電荷聚集超再生接收機(jī)。通過以接收機(jī)信號(hào)饋入點(diǎn)的阻抗作為負(fù)載阻抗完成了一款片上天線的設(shè)計(jì),在增加了電路設(shè)計(jì)的靈活性的同時(shí),有效地改善了因片外天線與電路互連產(chǎn)生的工藝及損耗問題。文中設(shè)計(jì)的天線中心工作頻率為280GHz,增益為-1.9d B,方向性系數(shù)為7.2d B,輻射效率為12.2%。集成了片上天線的全集成超再生接收機(jī)最大增益在280GHz處,為36.1d B。在278GHz~282GHz范圍內(nèi)增益在35d B以上,具有較好的增益平坦性。靈敏度達(dá)到-88d Bm,工作帶寬為6.1GHz,在1.2V電源電壓下功耗為17.7mW。
【圖文】：

（也有學(xué)者認(rèn)為是0.3~3THz[2]）。如圖1.1為電磁波頻譜[3]，由于太赫茲波在電磁頻譜上的特殊位置，因此有光子和電子兩種形式的太赫茲波。近年來由于日趨成熟的精密加工技術(shù)，太赫茲技術(shù)被廣泛應(yīng)用于短距通信和成像。太赫茲頻段目前還沒有被充分利用，，包含著豐富的頻譜資源，具有巨大的應(yīng)用前景和市場(chǎng)。圖1.1 電磁頻譜1.2 太赫茲波空隙及大氣衰減特征1.2.1 太赫茲波空隙由于在電磁頻譜上處于獨(dú)特的位置，太赫茲波在遙感和通信應(yīng)用方面也有著獨(dú)特的特征，然而這些技術(shù)并沒有像微波和光學(xué)技術(shù)一樣成熟。太赫茲波的波長(zhǎng)限制著高光子能量的產(chǎn)生（E hv），而電子學(xué)領(lǐng)域的太赫茲信號(hào)源和檢測(cè)器被有源器件在高頻頻段的性能所限制（max/Tf f ）。此外，太赫茲頻段的測(cè)量?jī)x器不僅非常短缺而且價(jià)格昂貴。因此

圖1.1 電磁頻譜大氣衰減特征處于獨(dú)特的位置，太赫茲波在遙感和通信應(yīng)用微波和光學(xué)技術(shù)一樣成熟。制著高光子能量的產(chǎn)生（E hv），而電子學(xué)頻段的性能所限制（max/Tf f ）。此外，太赫茲因此，目前太赫茲技術(shù)的研究狀況，如太赫茲領(lǐng)域或紅外光子領(lǐng)域發(fā)達(dá)。這個(gè)技術(shù)壁壘就是率和頻率的關(guān)系，可清楚地發(fā)現(xiàn)太赫茲領(lǐng)域研
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN851

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2606898