本文選題：相控陣 + 太赫茲�。� 參考：《國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：相控陣?yán)走_(dá)因其掃描速度快、質(zhì)量體積小而得到廣泛應(yīng)用,如果將其工作頻率拓展到太赫茲波段,有望實(shí)現(xiàn)穿障探測(cè)、高分辨成像等。雷達(dá)的微型化、單片化是近年來的重要發(fā)展方向,由于硅工藝的快速發(fā)展,硅基CMOS集成成為單片雷達(dá)的首選方案。近年來,太赫茲源與收發(fā)器的研究取得一定進(jìn)展,相對(duì)而言信號(hào)預(yù)處理器件研究較少。移相器是相控陣?yán)走_(dá)中需求量最大的預(yù)處理器件,現(xiàn)有移相技術(shù)難以滿足太赫茲單片雷達(dá)發(fā)展需求,亟需尋求新的解決途徑。鈦酸鍶鋇((Ba,Sr)TiO_3,BST)是一種介電常數(shù)電可調(diào)的鐵電材料,其薄膜具有材料漏流低、響應(yīng)速度快、易于集成等優(yōu)勢(shì),在制備太赫茲波段硅基移相器應(yīng)用中具有巨大潛力。本文基于BST薄膜材料研制硅基太赫茲移相器,開展了BST薄膜制備與表征、移相器設(shè)計(jì)仿真與制備和移相器石墨烯電極探索等方面研究,具體研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)有以下4點(diǎn):(1)采用脈沖激光沉積法(Pulsed Laser Deposition,PLD)在高阻硅(high resistivity Silicon,hrSi)襯底上制備BST薄膜,并通過高溫后退火處理提高了薄膜的耐受電壓。為了精確提取BST薄膜的高頻特性,本文提出了一種基于共面波導(dǎo)(Coplanar Waveguide,CPW)傳輸線散射參數(shù)的特性提取方法:等角匹配(Conformal Mapping,CM)加速的三維有限元(Three Dimension Finite Element Method,3D-FEM)仿真法,并采用該方法提取了BST/hrSi樣片0.1 GHz-110 GHz介電特性。與現(xiàn)有方法相比,該方法能夠克服導(dǎo)體簡(jiǎn)化模型和準(zhǔn)橫電磁模(quasi Transverse Electromagnetic Mode,quasi-TEM)等引入的模型誤差,且通過CM算法加速迭代過程,降低了3D仿真導(dǎo)致的時(shí)間開銷。(2)基于左手傳輸線移相器結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了一款中心工作頻率100 GHz,帶寬10 GHz的BST薄膜移相器,并開展了器件制備與測(cè)試試驗(yàn)。為降低器件損耗,開展了器件低損耗設(shè)計(jì),提出鉻電極偏置電壓線和圖形化BST薄膜兩種低損耗設(shè)計(jì)方法,有效地降低了器件損耗。與現(xiàn)有左手移相器相比,本文設(shè)計(jì)的移相器工作頻率有大幅度提高,中心工作頻率從現(xiàn)有的20GHz提高到100GHz,帶寬從2GHz提高到10GHz,鉻電極偏置電壓線移相器插入損耗5dB,圖形化BST薄膜移相器插入損耗7dB,與現(xiàn)有研究相比分別降低了3dB和1dB。(3)基于分布電容移相器結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了一款超寬帶移相器,并開展了器件制備與測(cè)試試驗(yàn),測(cè)試結(jié)果表明器件工作頻率高達(dá)100GHz,帶寬25GHz以上,損耗低于5.7dB,與現(xiàn)有30GHz移相器相比,損耗相當(dāng)。本文將鉻偏壓電極與圖形化BST低損耗設(shè)計(jì)方法拓展到分布電容移相器設(shè)計(jì)中,有效地降低了器件損耗,其中鉻電極移相器損耗降低至2.5dB,圖形化BST移相器降低至1.9dB。(4)由于金屬導(dǎo)體趨膚效應(yīng)的影響,金屬電極損耗會(huì)隨頻率升高而升高,阻礙器件工作頻率進(jìn)一步提高。石墨烯材料(Graphene)具有電子遷移率高、導(dǎo)電性好、趨膚效應(yīng)不明顯等特性,本文據(jù)此首次提出采用Graphene/Au組合結(jié)構(gòu)制備移相器電極,降低器件高頻損耗,為探索更高頻率移相器奠定基礎(chǔ)。圍繞移相器石墨烯電極,開展了石墨烯薄膜制備與表征、石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移、石墨烯電極圖形化等工作,制備了相應(yīng)的石墨烯CPW傳輸線,并對(duì)傳輸線特性進(jìn)行了測(cè)試。這是對(duì)新型傳輸線和新材料應(yīng)用的一次全新探索。
[Abstract]:Based on BST thin film material , a new method for the preparation and characterization of BST thin films has been developed . In this paper , a novel ultra - wideband phase shifter is designed based on the structure of the phase shifter of the left - handed transmission line . The results show that the operating frequency of the device is 100 GHz , the bandwidth is 25GHz or more , the loss is lower than 5.7 dB , and the loss of the device is reduced compared with the existing research . ( 4 ) The metal electrode loss increases with increasing frequency due to the effect of the skin effect of metal conductor . The graphene material has the characteristics of high electron mobility , good conductivity and no obvious skin effect .
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN623

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 卿健,石艷玲,賴宗聲,朱自強(qiáng);MEMS移相器及其在微型通信系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];微電子學(xué);2002年04期

2 李煒,石艷玲,朱自強(qiáng),賴宗聲;微波MEMS移相器的特性分析與實(shí)現(xiàn)[J];半導(dǎo)體技術(shù);2003年11期

3 婁建忠,趙正平,楊瑞霞,呂苗,胡小東;射頻微機(jī)械移相器[J];半導(dǎo)體技術(shù);2004年10期

4 周英平;劉祖望;王榮博;;新型數(shù)字移相器的設(shè)計(jì)[J];計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì);2006年11期

5 黎步銀;龐曉玲;黃兆祥;;向列型液晶移相器[J];電子元件與材料;2007年05期

6 唐愷;吳群;楊國(guó)輝;孫鳳林;傅佳輝;馬偉;;一種新型MEMS移相器設(shè)計(jì)[J];遙測(cè)遙控;2007年05期

7 王道檔;楊甬英;劉東;田超;駱永潔;卓永模;;壓電移相器的空間旋轉(zhuǎn)誤差建模與實(shí)驗(yàn)分析[J];光電子.激光;2009年05期

8 王倡獻(xiàn);熊祥正;肖華清;;一種90°分布式MEMS移相器的設(shè)計(jì)[J];微計(jì)算機(jī)信息;2009年26期

9 趙世巍;唐宗熙;張彪;;一種新型的六位數(shù)字移相器的設(shè)計(jì)[J];電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào);2010年01期

10 劉sチ，

本文編號(hào)：1988718