【摘 要】
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太赫兹波由其特殊的波谱位置,在医学检测、材料分析、航空航天、雷达技术和信息通信等领域具有重要的应用前景,逐渐成为近年来科学研究的热点。太赫兹波的产生与探测是太赫兹技术应用急需解决的问题。基于平面肖特基二极管的太赫兹固态倍频器由于可集成、稳定可靠、可室温工作以及价格适中等特点,成为太赫兹技术研究的重要组成部分。本文以高转换效率的宽带太赫兹倍频器为研究课题,分析平面肖特基二极管在太赫兹频段的工作模型,
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太赫兹波由其特殊的波谱位置,在医学检测、材料分析、航空航天、雷达技术和信息通信等领域具有重要的应用前景,逐渐成为近年来科学研究的热点。太赫兹波的产生与探测是太赫兹技术应用急需解决的问题。基于平面肖特基二极管的太赫兹固态倍频器由于可集成、稳定可靠、可室温工作以及价格适中等特点,成为太赫兹技术研究的重要组成部分。本文以高转换效率的宽带太赫兹倍频器为研究课题,分析平面肖特基二极管在太赫兹频段的工作模型,以单片集成为前提,重点研究220GHz二倍频器和340GHz三倍频器的电路结构、输出功率和倍频效率,并对其进行容差分析。论文的主要工作如下:（1）考虑太赫兹频段肖特基二极管的寄生参数影响,对平面肖特基二极管进行模型分析,利用HFSS软件建立基于二极管物理结构的三维电磁模型,再结合代表管芯非线性工作特性的SPICE参数模型,建立太赫兹工作频段下的平面肖特基二极管模型。（2）基于场路结合的设计方法,采用分部分与整体相结合的电路设计思路,利用三维电磁仿真软件HFSS和电路仿真分析软件ADS,设计一种高转换效率的宽带平衡式单片集成220GHz二倍频器,并对芯片与屏蔽腔体的装配进行容差分析,给出倍频器测试方案。仿真结果表明,在输入基波功率为200mW情况下,单片集成220GHz二倍频器在217GHz处的输出功率可达18.456mW,对应于9.25%的倍频效率,典型输出功率为10mW,对应204GHz～236GHz的工作频率。（3）根据半导体加工工艺水平以及机械装配精度,选用零偏置反向并联结构,设计一种零偏置平衡式单片集成340GHz三倍频器,且完成装配容差分析,给出测试方案。仿真结果表明,在输入基波功率为100mW时,单片集成340GHz三倍频器在337.5GHz处有最大输出功率为9.143mW,在316GHz～350GHz频率范围内的输出功率超过4.5 mW。
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