太赫兹片上化相位调控机理的基础研究

作     者：谷绍康 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张雅鑫

授予年度：2023年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：太赫兹相位调控 片上 反射式 矢量合成 加载式 

摘      要：近些年来,由于新材料、新技术不断地涌现,太赫兹调控器件得到了长足的发展。其中,太赫兹相位调控器件可作为通信系统以及相控阵雷达的核心部件,具有极高的研究与应用的价值,已成为当前的研究热点。但是在太赫兹频段,现有相位调控器件的调控原理与设计方法发展仍然滞后,制约了太赫兹技术的应用和发展。因此本文针对太赫兹相位调控器件的发展需求,开展了反射式相位调控技术、矢量合成原理的相位调控技术以及多类型结合的多位相位调控技术的研究,并进行了相关的理论分析、模拟优化以及实验验证。本文主要的研究工作和成果如下:1、研究了反射式相位调控的理论,设计了一种基于变容二极管的340GHz反射式移相器。首先开展了3dB定向耦合器、波导-微带过渡结构以及移相器整体模型的模拟优化。之后完成了移相器的加工及实验,实验测得该移相器在332.1GHz时,插入损耗最大为25dB,回波损耗整体大于12.6dB,可实现184°的连续相位调控。实验结果与仿真结果相比,实现的连续可调相移基本相同,但中心频率偏移且插入损耗过大。文中分析得出,其存在三个问题:一是二极管三维电磁模型及相关参数不准确;二是芯片粘贴时导电胶涂抹不均匀;三是金属腔体的设计不够合理。2、开展了基于矢量合成的相位调控原理的研究,设计了一种220GHz的矢量调制器。仿真结果显示,该器件可在频点220GHz处,实现了插入损耗9.2dB以内的正交相移键控（Quadrature Phase Shift Keying,QPSK）功能。实验结果显示,该器件的实际工作频段为204GHz到210GHz,且在频点206.5GHz附近,可实现的最大相移量约为277.9°,且S整体大于-28dB,S整体小于-15dB。实验测试结果与仿真结果相比,可实现的最大相移量类似,但中心频率发生偏移、幅度与相位偏差变大以及插入损耗过大。由于其与第一章340GHz反射式移相器同一批加工,且出现的问题类似,因此推断造成误差的原因是一样的。3、提出了一种将加载式相位调控原理与反射式相位调控原理相结合的太赫兹片上移相器结构,并根据此设计了一种多类型结合的220GHz多位移相器。仿真结果表明,该移相器可在以220GHz为中心的10GHz带宽内,实现最大328.6°的相位调控,带内插入损耗小于11dB,实现了8相移键控（Phase Shift Keying,PSK）功能。实验结果显示,该移相器在219GHz到225GHz的频段范围内,可实现最大339.3°的相位调控,插入损耗在13dB以内,且相移线性度良好。