340GHz四次谐波混频器研究

【摘要】：太赫兹波属于电磁波一种,学术上定义频率为100GHz-10THz的电磁波为太赫兹波。按照频段划分,其在频谱中的位置处于可见光和毫米波之间,决定了太赫兹波具有其独特的性质和优点,分辨率高,穿透性强。340GHz处大气衰减较小,可应用于通信、雷达等系统,因此针对该频段进行研究具有重要意义。作为太赫兹应用系统中的重要器件,混频器的主要作用是实现频率的搬移,因此整个接收机的性能与其性能息息相关。然而由于太赫兹波频段相对较高,国内目前难以获得用于基波混频的高质量本振源,而四次谐波混频器可以使得本振频率降低为四分之一,从而减少了对本振源的需求。综上,本文将围绕340GHz四次谐波混频器进行研究。建立正确的二极管模型是设计混频器的关键,因此本文针对二极管的模型进行了研究。通过建立二极管的三维模型,并设置内部波端口,通过提取S参数来表征肖特基势垒二极管的高频寄生效应,再结合二极管的本征模型共同来表征二极管的特性,然后在HFSS中完成无源结构的设计,再结合ADS软件,利用谐波平衡法对混频器进行整体优化设计。本文选取两种二极管芯片进行混频器仿真设计,并最终选择其中一款仿真结果较好的混频器模型进行加工。该混频器仿真结果显示,当射频输入信号在320GHz-355GHz范围内,混频器单边带变频损耗性能优于15dB,其中最优变频损耗可达8.29 dB。最后对加工装配的340GHz四次谐波混频器进行上下变频的测试。不同的本振条件下显示的测试结果表明,该款混频器均能满足10GHz带宽内,变频损耗优于20 dB,且测得最优变频损耗值为14.7dB。