太赫兹波段热场/电磁场耦合作用下肖特基二极管建模及其在倍频器中的应用

There is an active demand for the high efficiency and high power multipliers to pump the super-heterodyne receivers of terahertz receivers for astronomical, communication and imaging applications. The modeling of the Schottky diode and multiplier technique in millimeter-wave and submillimeter-wave band will be studied, and the achievements of this project will improve accuracy of the diode model and performance of the terahertz multiplier. The following specifics will be studied in this project. The equivalent series resistance of the Schottky diode will be verified at different junction temperatures and operating frequencies. Dissipation power, junction temperature and equivalent series resistance of every junction of multi-anode Schottky diode, usually used for terahertz frequency multiplier, will be determined at the status of electro-thermo equilibrium. The performances of microstrip multiplier and Erickson multiplier will be compared to determine which scheme is better for the first multiplier of terahertz multiplier chain under large drive power. And new scheme with better thermo-performance will be investigated for the first multiplier. . The research findings of this project will provide the theory and technique support for the accurate modeling of Schottky diode and the accurate design of high power terahertz multiplier..

针对太赫兹波段射电天文、通信、成像等领域对高效率、高功率本振倍频源的迫切需求，围绕倍频源核心器件肖特基二极管建模的基本问题，开展肖特基二极管的建模理论方法及倍频技术的研究，提高肖特基二极管模型的准确性及倍频器的性能。主要研究内容包括：研究肖特基二极管等效串联电阻与管芯温度及工作频率的关系；研究用于倍频器的多管芯肖特基二极管处于热/电性能动态平衡下，各个管芯的耗散功率、工作温度及等效串联电阻，以及在此基础上的倍频器设计方法；在大驱动功率下，比较研究平面微带结构及Erickson结构倍频器用于太赫兹波段倍频链前级倍频器时各自性能的优缺点，并在此基础上探索研究适用于前级倍频器的新型结构。项目研究成果为建立准确的肖特基二极管模型，以及高输出功率前级倍频器的设计提供理论方法和技术支持。

针对太赫兹波段射对高效率、高功率本振倍频源的迫切需求，围绕倍频源核心器件肖特基二极管建模的基本问题，开展肖特基二极管的建模理论方法及倍频技术的研究，提高肖特基二极管模型的准确性及倍频器的性能。本项目基本按照申请书中设定的研究计划进行了相应的研究工作，所完成工作包括：肖特基二极管等效串联电阻的建模，190GHz、280GHz倍频器的仿真、设计及实验、太赫兹波段前级倍频器的设计方法比较研究等。. 本项目提出对商用肖特基二极管进行建模的方法，在毫米波频段制作了相应的实验夹具，完成了对商用肖特基二极管的建模，并将该方法延伸应用到太赫兹波段。利用建立的肖特基二极管模型，进行了毫米波、太赫兹波段多个倍频器的设计、加工及测试。实验结果表明，倍频器的输出功率及倍频效率与仿真结果吻合较好，190GHz及280GHz倍频器的倍频效率典型值都高于10%，达到了项目预定的目标。. 太赫兹前级倍频器功率容量较大，因此需要承受较大的驱动功率。本项目通过电磁场、热场仿真工具对不同方案的倍频结构进行仿真。仿真发现，效率高的倍频器不一定意味着其功率容量也大，典型的如微带倍频器的功率容量高于悬置微带倍频器。