硅基射频集成电路传输线的特性-研究

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1、1绪论硕士论文近年来有不少产生CAD公式的方法，像文献【4】中的通过对测量数据或者对数值结果的数据进行曲线拟合的方法，或者如神经网络和遗传算法等一些优化算法。这些方法产生的公式有如下一些不足：(1)对于一个参数的两端极限值，需要两个或多个不同的公式。(2)需要嵌入许多常数混杂不清。(3)物理涵义不清晰。以上的一些不足之处可以通过模糊电磁学的方法来解决。“合成渐近”法是产生这样一种公式：当某个参数趋于0时，它将收敛于近渐近式；当这个参数趋于无穷大时，它将收敛于远渐近式，在公式中我们引入一个常数，它是通过一些数值的结果相匹配得到的。如果不引入这个常数，公式的

2、最大误差可能有10％，但是引入常数后误差可以降到2％左右。由“合成渐近”法得到的公式简单，准确，能够给出清晰的物理意义。在实际的微波集成电路中，特别是以硅为衬底的射频集成电路中，衬底硅是有耗的，这将影响电路的性能。因此分析和设计有耗衬底的射频集成电路变的越来越重要。作为无耗介质上器件研究的一个扩展，本论文基于合成渐近法推导出了有耗介质上耦合微带线的CAD公式，两层介质中下层为高阻硅(c

3、少数百倍的CPU时间。而微波集成电路一般都较复杂，用我们的公式就能节省更多的时间。在模糊电磁学这个大框架中，有许多资源我们可以用来推导公式，比如电容公式t'therootofarea'，【161，解析矩量法【17】和本文中使用的“合成渐近，，法【ISl。“合成渐近"法是微波中一种新颖的推导公式的方法，首先被Y．L．Chow教授在文献[18．21】中采用，并得到了成功，公式的误差很小且能给出清晰的物理涵义。当然我们完全有可能通过在公式中嵌入更多的系数来减少公式的误差，我们没有这么做是为了确保公式的简洁性和物理涵义的清晰性，这些性质对实际微波集成电路的分析和

4、设计非常有用。1．3射频集成电路传输线特性研究1．3．1微带传输线的不连续性尽管硅基电路为微波电路带来了一套全新的加工工艺和逻辑设计方法，但是，三维微波集成电路在加工完毕后难以再调整，因此，精确的建模就显得十分重要。同时，用于MMIC开发设计的商用CAD软件，作为一种辅助设计手段，其精确性不仅取决于它的算法，还与它所采用的元器件模型精度息息相关，若不建立元器件的精确模型，要想提高MMIC产品的一次设计成功率(FDS)、降低产品研发成本是十分困难的。2硕士论文硅基射频集成电路传输线的特性研究微波集成电路中，各种传输线的不连续性是我们经常遇到且亟待解决的问题

5、。例如各种传输线组成的开路端、阶梯、拐角、T形结以及由他们互连而成的电路组件。在设计微波电路(特别是精确设计)时，必须考虑到不连续性所造成的影响，将其等效参量计入电路参量中去，否则将引起大的误差。由此可见，分析研究这些不连续性问题，是设计微波集成电路的关键。通常情况下，不同的等效电路模型被发展应用于各种不同电路的不连续性，这种复杂多样性，使得一个由许多不连续部分构成的完整电路的分析设计变得冗杂且难以理解。研究构建一个简单且在一定范围内普适的不连续性等效电路模型，对于复杂的三维微波集成电路的设计与分析是具有很大的实用价值的。基于对矩量法的全新物理解析，一个

6、微带线不连续性通用等效电路模型已经成功构建，并用于解决微带线中开路端、尺寸跳变、直角拐角、T形结等不连续性问题n射。一个复杂的微波电路通常被看作是由传输线及其不连续部分互连而成。从传统的微带线开路端等效模型出发，对其重新进行物理解析，可以得到一个改进的开路端电路模型；再通过若干改进的开路端模型的互连，同时兼顾相互间的耦合效应，便可构建不连续性通用等效电路模型。选取一定传输线长的不连续性区域运用等效电路模型，不连续边晃外运用传统传输线理论进行互连，数值分析的结果表明，在准静条件下，无需用到任意待定常数，该通用等效电路模型具有很高的精度。这种全新的思想与解析

7、方法已经被顺利移植到三维微波集成电路中其他传输线(对称式带状线、共面波导)不连续性的分析，亦具有通用性n3H町。在本文中，我们基于我们获得的双层介质上微带线的开路端电容公式，成功地把这种思想也应用到了双层介质微带线不连续性分析m3当中。1．3．2复合左右手传输线左手材料(Left．handedMaterials，LHM)是近年来国际物理学和电磁学的一个研究热点，是一个全新的研究领域。所谓左手材料是指等效介电常数(￡)和等效磁导率(∥)同时为负值的介质，故又称双负介质(DoubleNegativeMaterials，DNG)。2002年，美国加州大学Ito

8、h教授和加拿大多伦多大学Eleftheriades教授领导的研究组几乎同时提出一