太赫茲倍頻及mems濾波技術(shù)研究

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1、DOCTORALDISSERTATION學(xué)科專業(yè)200911020112指導(dǎo)教師獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。作者簽名：李後日期：年6月_論文使用授權(quán)本學(xué)位論文作者完全了解電子科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保

2、留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)電子科技大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。(保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）日期：年〖月迖日分類號(hào)密級(jí)注1UDC學(xué)位論文太赫茲倍頻及MEMS濾波技術(shù)研究（題名和副題名）李理（作者姓名）指導(dǎo)教師徐銳敏教授電子科技大學(xué)成都張勇教授電子科技大學(xué)成都（姓名、職稱、單位名稱）申請學(xué)位級(jí)別博士學(xué)科專業(yè)電磁場與微波技術(shù)提交論文日期2015.03論文答辯日期2015

3、.05學(xué)位授予單位和日期電子科技大學(xué)2015年6月答辯委員會(huì)主席廖成評(píng)閱人閆衛(wèi)平劉曉為馬洪張永鴻樊勇注1：注明《國際十進(jìn)分類法UDC》的類號(hào)。RESEARCHONTERAHERTZMULTIPLIERANDMEMSFILTERTECHNOLOGYADoctorDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ElectromagneticFieldandMicrowaveTechnologyAuthor

4、:LiLiAdvisor:Prof.RuiminXuSchool:SchoolofElectronicEngineeringofUESTC摘要摘要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、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

5、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)對(duì)其進(jìn)行精確三維電磁建

6、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-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

7、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。測試表明三倍頻器最大輸出功率為5.4mW，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

8、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I摘要波器關(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；采用圓形諧振腔的900GHz四階濾波器通帶內(nèi)插損2.3dB，帶寬34GHz，帶外抑制大于25dB@34GHz。該圓形諧振腔結(jié)構(gòu)降低了對(duì)工藝的要求，提高了容差性。濾