太赫兹倍频及mems滤波技术研究

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1、DOCTORALDISSERTATION学科专业200911020112指导教师独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：李後日期：年6月_论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保

2、留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定）日期：年〖月迖日分类号密级注1UDC学位论文太赫兹倍频及MEMS滤波技术研究（题名和副题名）李理（作者姓名）指导教师徐锐敏教授电子科技大学成都张勇教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业电磁场与微波技术提交论文日期2015.03论文答辩日期2015

3、.05学位授予单位和日期电子科技大学2015年6月答辩委员会主席廖成评阅人闫卫平刘晓为马洪张永鸿樊勇注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。RESEARCHONTERAHERTZMULTIPLIERANDMEMSFILTERTECHNOLOGYADoctorDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ElectromagneticFieldandMicrowaveTechnologyAuthor

4、:LiLiAdvisor:Prof.RuiminXuSchool:SchoolofElectronicEngineeringofUESTC摘要摘要太赫兹波介于毫米波与红外线之间，是电磁频谱中一个还没有完全开发和大量应用的频段，属于目前学术研究的前沿和热点。太赫兹波有着频谱覆盖范围宽、光子能量低等特性，这些特性使其在物体成像、环境监测、射电天文、以及卫星通讯和军用雷达等多个领域都具有独特的学科价值和广阔的应用前景，被誉为未来改变世界的十大技术之一。太赫兹源是太赫兹收发组件的核心元件，对于太赫兹技术的应用起着决

5、定性作用。目前有多种方法可以获得太赫兹源，可以分为基于光学和基于电子学两大类。本文着重研究基于电子学的肖特基二极管太赫兹倍频源，相较于其他获得太赫兹源的方法，本方法的优势在于体积较小，功耗低，易于集成且不需要工作于液氮环境。本论文以研究太赫兹肖特基二极管建模作为基础，然后采用不同种类的二极管、不同结构的倍频电路来获得太赫兹源。太赫兹平面肖特基二极管是太赫兹倍频器的核心器件，在很大程度上决定了太赫兹倍频器的性能。本文在采用等效电路模型对二极管进行建模的基础上，提出了一种基于二极管物理结构对其进行精确三维电磁建

6、模的方法。该方法通过对二极管的外形结构和内部各掺杂层进行精确的测量和模拟，建立了二极管的三维电磁模型，并且将实际应用中的基片、屏蔽腔等因素纳入分析之中，较为准确的模拟了二极管自身及外在的各种寄生参数和不连续性对性能造成的影响。结合二极管的实验测试结果和三维电磁模型仿真结果，对二极管等效电路模型进行了改进，使其能够更加准确的模拟二极管性能。在对多种太赫兹二极管进行了三维电磁模型建模的基础上，提出了一种场-路结合的倍频器整体仿真和设计的方法。该方法结合二极管三维电磁模型，不仅在模型外部建立端口，而且在模型内部管

7、芯处建立了端口，通过这些端口将二极管外围的线性电路部分与核心的非线性部分相结合，使得倍频器总体仿真时线性电路和非线性部分的结合更加符合实际情况，能得到更准确的仿真结果。本文基于这种方法设计了多款220GHz倍频器，并且结合测试数据，对太赫兹倍频器因加工及装配误差带来的性能恶化进行了定量分析。测试表明三倍频器最大输出功率为5.4mW，最佳变频损耗为12.8dB。本文结合微机电系统（MEMS）技术研制了应用于太赫兹频段的波导带通滤波器。提出了一种圆形谐振腔感性窗耦合式波导滤波器，解决了关键尺寸的工艺极限问题。分

8、析了MEMS技术的工艺特性，优化了滤波器尺寸，避免了工艺对滤I摘要波器关键尺寸的影响，并最终完成了滤波器的加工。仿真结果与测试结果吻合较好，其中采用圆形谐振腔的400GHz四阶滤波器通带内插损1.9dB，带宽22GHz，带外抑制大于20dB@22GHz；采用圆形谐振腔的900GHz四阶滤波器通带内插损2.3dB，带宽34GHz，带外抑制大于25dB@34GHz。该圆形谐振腔结构降低了对工艺的要求，提高了容差性。滤