太赫茲混頻器是組成太赫茲收發(fā)系統(tǒng)核心器件,是太赫茲技術研究中的重要方向之一。在太赫茲頻段,功率大、性能高的源匱乏且昂貴,使用次諧波混頻器可以有效解決這一問題,其所需的本振頻率只有射頻頻率的一半。故本文主要對太赫茲次諧波混頻器與其設計方法展開研究。本文首先對國內(nèi)外近幾年報道的太赫茲混頻器進行了調研,為后續(xù)設計提供方向。詳細介紹了使用肖特基二極管設計混頻器的原理與太赫茲頻段肖特基二極管的精確建模,建模的重點在于將二極管的本征參數(shù)模型與寄生效應結合使用。對比了傳統(tǒng)分部設計法與整體設計法的優(yōu)劣,用整體設計法研制了一款220GHz寬本振次諧波混頻器;并在此基礎上結合二者優(yōu)點,采用半整體設計方法,設計了一款560 GHz次諧波混頻器。220GHz次諧波混頻器采用整體設計法設計,在仿真時,使其結果同時滿足上變頻與下變頻仿真,最終得到同時滿足射頻帶寬與寬本振帶寬的結果,仿真結果:上變頻仿真時,變頻損耗優(yōu)于7.3dB,本振要求寬頻帶,其回波仿真結果在100GHz-120GHz之間優(yōu)于8.6dB。下變頻仿真時變頻損耗優(yōu)于9 dB,射頻回波在200GHz-240GHz之間優(yōu)于10dB。實測結果表明:在20GHz中頻輸出范圍內(nèi),相應的射頻頻點的單邊帶變頻損耗基本小于10dB。其中,當本振頻點固定在108GHz時,測試結果在203-230GHz頻帶范圍內(nèi),變頻損耗小于9dB,并且在218GHz附近取得最優(yōu)值7.1dB。且本振工作頻段較寬,在104GHz-120GHz能正常工作。在此基礎上,采用半整體設計方法設計了560 GHz次諧波混頻器。仿真設計結果:本振頻率280GHz時,本振功率3mW驅動下,在射頻540-580GHz頻率范圍內(nèi),混頻器的單邊帶變頻損耗小于9.2dB,并在566GHz取得變頻損耗最佳值7.28dB。
【學位單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：TN773;O441.4
【部分圖文】：

第一章緒論1第一章緒論1.1太赫茲混頻器的研究背景及意義在電磁波頻譜上，毫米波與光波之間，有一段過渡的間隙，叫做太赫茲間隙。在學術界，對太赫茲波的定義為：0.1THz-10THz的電磁波，波長30μm-3mm，如圖1-1所示。太赫茲波的高頻段靠近紅外線光波，特性相似；低頻段又與毫米波相接，是毫米波的延伸。但是其發(fā)展又不如紅外與毫米波，存在研究上的空白。因此為了研究太赫茲波，可以將微波毫米波與光波的研究方法借鑒于研究太赫茲波上[1][2]，故將太赫茲技術視為一門交叉學科，其為一門新興學科。圖1-1太赫茲波對應頻譜位置隨著5G通信技術的發(fā)展，毫米波技術有了更多的實際應用，同時，已有頻譜資源也日益消耗殆荊為了開拓頻譜資源，滿足當下通信、探測、成像技術對大信息容量、高傳播速度的需求，科學家們將目光投向太赫茲技術。因此，太赫茲技術成為世界各國的重要研究目標，紛紛將太赫茲技術納入發(fā)展規(guī)劃。早在2004年，太赫茲技術就被美國政府列為“改變未來的十大關鍵技術”之一。一年后，日本政府把太赫茲技術被列為“國家十大戰(zhàn)略項目”的首位[3]。2019年，美國聯(lián)邦通訊委員會（FCC）決定開放“太赫茲波”頻譜的商業(yè)用途，期待太赫茲波能用于6G通信技術中，這項決定意味著太赫茲技術又將迎來一波熱潮。在通信上，太赫茲波具備高速度、大容量、高帶寬的優(yōu)勢；在探測上，太赫茲波具有高穿透性、高分辨率的優(yōu)勢；在生物活體檢測上，太赫茲波具有低光子能量，低損害性的優(yōu)勢。因此，太赫茲技術在精確制導、信號通信、生物安檢等眾多領域具有廣闊的發(fā)展前景和應用市場[3]-[7]。但是，高性能、高功率的太赫茲源難以獲取，導致太赫茲技術發(fā)展緩慢，難以得到實際應用。太赫茲技術想要形成實際應用，其關鍵在于太赫茲收發(fā)系統(tǒng)，而本文中研

太赫茲收發(fā)系統(tǒng)的組成

第一章緒論31.2太赫茲混頻器的國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)國外早在二十世紀中期，微波毫米波電路的發(fā)展就已經(jīng)逐漸成熟，且應用廣泛。因此，頻譜資源的消耗也日益增加，同時對通信的傳播速度和信號容量的要求也越來越高，為此科學家們的研究重心開始向著頻率更高的太赫茲波轉移。太赫茲混頻器有著幾十年的發(fā)展歷史，具備多種形式，設計方法也各有千秋，因此了解太赫茲混頻器的發(fā)展能為后續(xù)混頻器設計指明方向。1.2.1太赫茲混頻器國外發(fā)展動態(tài)1974年，M．Cohn等人研制出第一個諧波混頻器，電路采用反向并聯(lián)肖特基二極管設計，工作頻率僅僅只有12GHz[18]。然而，四年之后的1978年，美國學者E.R.Carlson等人研制了一款66GHz-110GHz次諧波混頻器，其結構如圖1-3所示，采取的是手動調諧模式[19]。這是較早的頻率與太赫茲頻段接近的次諧波混頻器報告。圖1-366GHz-110GHz的次諧波混頻器1991年，美國學者TomNewman等人打破了以往采用觸須式肖特基勢壘二極管制作混頻器的常規(guī)，首次在混頻器設計中使用了平面肖特基二極管，具備機械強度好，易于加工裝配[20]等優(yōu)點。結構如圖1-4所示。從此開始，平面肖特基二極管混頻器逐漸成為主流。圖1-4平面肖特基二極管混頻器結構2004年，美國學者B.Thomas等人報道了一款工作頻率高達330GHz的太赫茲
【參考文獻】

相關期刊論文 前6條

1 劉豐;朱忠博;崔萬照;劉江凡;席曉麗;鐘凱;姚建銓;;太赫茲技術在空間領域應用的探討[J];太赫茲科學與電子信息學報;2013年06期

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1 吳成凱;基于肖特基二極管的太赫茲倍頻技術研究[D];電子科技大學;2018年

2 夏德嬌;基于肖特基二極管的太赫茲次諧波混頻器研究[D];電子科技大學;2018年

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本文編號：2859226