论文部分内容阅读
随着卫星有效载荷技术的发展,C波段、Ku波段的频谱资源日益紧张,为了实现更大容量、更高速的卫星通信和更高分辨率、探测内容更丰富的遥感探测,通信卫星、遥感卫星的工作频段不断朝着更高频段发展。工作在毫米波(30GHz~300GHz)、太赫兹波(0.1THz~10THz)频段的有效载荷成为现在重要的研究方向。太赫兹混频器作为太赫兹固态收发前端的核心器件,广泛应用于太赫兹通信、遥感等应用系统,是太赫兹技术的关键研究方向之一。二次谐波混频器所需的本振频率仅为基波混频的一半,可以有效解决太赫兹频段大功率本振源难以获得的问题,它是本文的主要研究内容。本文首先介绍了基于平面肖特基二极管的固态太赫兹混频器的国内外研究进展,详细描述了肖特基二极管的工作原理和分谐波混频器工作原理及其优势。随后,讨论了平面肖特基二极管模型,主要是将二极管模型分为无源线性寄生模型和有源非线性模型两部分。在HFSS中建立二极管对芯片的无源三维电磁模型,通过全波仿真提取其S参数来表征二极管的高频寄生效应。将提取的S参数与ADS中二极管SPICE模型结合起来,构成完整的二极管模型。在此基础上,分别对220GHz分谐波混频器的电路拓扑、无源电路单元仿真设计和混频整体性能全局优化仿真进行了系统研究。设计了波导-悬置微带线过渡电路,直线式CMRC低通滤波器。对加工装配误差进行了定量的容差分析,并对其中的一个关键敏感点射频端直流接地尺寸进行了重点的仿真分析。本文搭建了Y因子测试平台和经典变频损耗测试平台分别测试了混频器等效噪声温度和变频损耗。测试结果表明:在4.3mW本振信号驱动下,混频器在射频频率212~228GHz范围内平均噪声温度小于900K,在201~240GHz射频频率范围内,变频损耗小于13dB,平均变频损耗小于9dB,最佳变频损耗为6.3dB在227GHz处获得。测试结果与仿真结果相当,与国内外相同频段混频频器相比,本文设计的混频器基本达到国内外先进水平。本文的研究成果将为未来研究更低变频损耗、更低噪声温度和更高频段的分谐波混频器提供参考,为太赫兹无线通信系统的研究和搭建打下基础。