太赫茲倍頻及MEMS濾波技術(shù)研究.pdf

1、太赫茲波介于毫米波與紅外線之間，是電磁頻譜中一個(gè)還沒有完全開發(fā)和大量應(yīng)用的頻段，屬于目前學(xué)術(shù)研究的前沿和熱點(diǎn)。太赫茲波有著頻譜覆蓋范圍寬、光子能量低等特性，這些特性使其在物體成像、環(huán)境監(jiān)測(cè)、射電天文、以及衛(wèi)星通訊和軍用雷達(dá)等多個(gè)領(lǐng)域都具有獨(dú)特的學(xué)科價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，被譽(yù)為未來改變世界的十大技術(shù)之一。
　　太赫茲源是太赫茲收發(fā)組件的核心元件，對(duì)于太赫茲技術(shù)的應(yīng)用起著決定性作用。目前有多種方法可以獲得太赫茲源，可以分為基于光學(xué)和基

2、于電子學(xué)兩大類。本文著重研究基于電子學(xué)的肖特基二極管太赫茲倍頻源，相較于其他獲得太赫茲源的方法，本方法的優(yōu)勢(shì)在于體積較小，功耗低，易于集成且不需要工作于液氮環(huán)境。本論文以研究太赫茲肖特基二極管建模作為基礎(chǔ)，然后采用不同種類的二極管、不同結(jié)構(gòu)的倍頻電路來獲得太赫茲源。
　　太赫茲平面肖特基二極管是太赫茲倍頻器的核心器件，在很大程度上決定了太赫茲倍頻器的性能。本文在采用等效電路模型對(duì)二極管進(jìn)行建模的基礎(chǔ)上，提出了一種基于二極管物理結(jié)構(gòu)

3、對(duì)其進(jìn)行精確三維電磁建模的方法。該方法通過對(duì)二極管的外形結(jié)構(gòu)和內(nèi)部各摻雜層進(jìn)行精確的測(cè)量和模擬，建立了二極管的三維電磁模型，并且將實(shí)際應(yīng)用中的基片、屏蔽腔等因素納入分析之中，較為準(zhǔn)確的模擬了二極管自身及外在的各種寄生參數(shù)和不連續(xù)性對(duì)性能造成的影響。結(jié)合二極管的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果和三維電磁模型仿真結(jié)果，對(duì)二極管等效電路模型進(jìn)行了改進(jìn)，使其能夠更加準(zhǔn)確的模擬二極管性能。
　　在對(duì)多種太赫茲二極管進(jìn)行了三維電磁模型建模的基礎(chǔ)上，提出了一種場(chǎng)-

4、路結(jié)合的倍頻器整體仿真和設(shè)計(jì)的方法。該方法結(jié)合二極管三維電磁模型，不僅在模型外部建立端口，而且在模型內(nèi)部管芯處建立了端口，通過這些端口將二極管外圍的線性電路部分與核心的非線性部分相結(jié)合，使得倍頻器總體仿真時(shí)線性電路和非線性部分的結(jié)合更加符合實(shí)際情況，能得到更準(zhǔn)確的仿真結(jié)果。本文基于這種方法設(shè)計(jì)了多款220GHz倍頻器，并且結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)太赫茲倍頻器因加工及裝配誤差帶來的性能惡化進(jìn)行了定量分析。測(cè)試表明三倍頻器最大輸出功率為5.4mW，

5、最佳變頻損耗為12.8dB。
　　本文結(jié)合微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)研制了應(yīng)用于太赫茲頻段的波導(dǎo)帶通濾波器。提出了一種圓形諧振腔感性窗耦合式波導(dǎo)濾波器，解決了關(guān)鍵尺寸的工藝極限問題。分析了MEMS技術(shù)的工藝特性，優(yōu)化了濾波器尺寸，避免了工藝對(duì)濾波器關(guān)鍵尺寸的影響，并最終完成了濾波器的加工。仿真結(jié)果與測(cè)試結(jié)果吻合較好，其中采用圓形諧振腔的400GHz四階濾波器通帶內(nèi)插損1.9dB，帶寬22GHz，帶外抑制大于20dB@22GHz；采