【摘 要】
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太赫兹技术是近年来兴起并快速发展的前沿学科,得到了世界各国的重视。随着学科发展和技术沉淀,太赫兹系统在通信、雷达、安检、生物医药等领域已崭露头角。太赫兹源作为系统
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太赫兹技术是近年来兴起并快速发展的前沿学科,得到了世界各国的重视。随着学科发展和技术沉淀,太赫兹系统在通信、雷达、安检、生物医药等领域已崭露头角。太赫兹源作为系统的“心脏”,具有重要作用,其中倍频器作为源的关键部件得到了越来越多的重视和发展。本文创新性地提出腔体无基片倍频结构,改变传统倍频器的电路形式,以期获得更好的倍频性能。论文介绍了腔体倍频的理论并分析其优缺点,接着阐述了其设计思路和仿真优化方法,据此研究了 220GHz腔体三倍频器以验证此电路的可行性。研究过程中,首先选定二极管并建立三维电磁模型及等效电路模型,提取了管芯参数;接着分别对输入波导、二极管匹配、波导滤波器等模块电路进行仿真优化,并在HFSS和ADS的协同配合下仿真倍频器整体结构和输出性能。在220GHz频段,通过改变波导阻抗匹配方式而设计了三款三倍频器,验证了腔体倍频电路的可行性。仿真显示,在23dBm功率驱动下,最高倍频效率分别为6.8%、7.9%和11.7%,效率大于5%的最大带宽为10.5GHz;最高输出功率分别为13.61mW、15.83mW、23.40mW。仿真结果表明,当驱动功率提升时,倍频效率将进一步提升。在实验研究中,220GHz三倍频在17dBm-20dBm功率驱动下,测试的最大输出功率分别为0.81mW、1.87mW、1.48mW,最佳效率分别为0.68%、2.54%和1.47%,1mW功率输出的带宽最大为7.5GHz。本文提出的腔体倍频电路结构具有一定的创新性,据此研制了 220GHz三倍频器,测试结果验证了该结构的有效性。本文的工作为新型倍频电路研制提供了思路,为后续无基片倍频结构的研究积累了经验。
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