热力学模型、电热模型、温度预测方法和倍频器仿真方法技术

本发明专利技术涉及太赫兹通信技术领域，尤其是涉及热力学模型、电热模型、温度预测方法和倍频器仿真方法，用于太赫兹肖特基二极管，包括等效电流源、等效热电阻和等效热电容，等效电流源由太赫兹肖特基二极管的耗散功率等效得到，等效电流源与等效热电阻串联，等效热电阻和等效热电容并联设置。本发明专利技术基于热力学模型，可以得到二极管的等效热电阻和阳极结温度，以此表征的热效应，然后在后续太赫兹固态电路设计过程中，就可以将热效应纳入倍频器的谐波平衡仿真中，以此提高太赫兹固态电路仿真优化的准确度，让仿真优化结果更接近于实际使用状况。让仿真优化结果更接近于实际使用状况。让仿真优化结果更接近于实际使用状况。

【技术实现步骤摘要】
热力学模型、电热模型、温度预测方法和倍频器仿真方法


[0001]本专利技术涉及太赫兹通信
，尤其是涉及一种热力学模型、电热模型、温度预测方法和倍频器仿真方法。

技术介绍

[0002]太赫兹波是指频率在0.1~10THz范围的电磁波，其频谱位于毫米波与红外光波之间，兼具了微波和光波的特性并具有独特的特点，这使得太赫兹技术成为电子学和光子学研究的重要扩展。
[0003]肖特基二极管是太赫兹固态电路的核心器件，申请人在实现本专利技术的过程中发现，现有技术中，太赫兹固态电路的仿真优化常采用“场
‑
路”结合的仿真方法，将三维电磁仿真与谐波平衡仿真结合使用，但得到的仿真结果与实际使用状况存在较大差异。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种热力学模型、电热模型、温度预测方法和倍频器仿真方法，来解决现有技术中存在的上述技术问题，主要包括以下四个方面：本申请第一方面提供了一种热力学模型，用于太赫兹肖特基二极管，包括等效电流源、等效热电阻和等效热电容，所述等效电流源由太赫兹肖特基二极管的耗散功率等效得到，等效电流源与等效热电阻串联，所述等效热电阻和等效热电容并联设置，等效热电阻和等效热电容协同用于等效太赫兹肖特基二极管的热量流动通道。
[0005]本申请第二方面提供了一种电热模型，用于太赫兹肖特基二极管，包括电子学模型和上述的热力学模型，所述电子学模型包括电子电流源、电荷源和级联电阻，所述电子电流源与级联电阻串联，所述电荷源与电子电流源并联，电子学模型用于输出耗散功率。
[0006]本申请第三方面提供了一种温度预测方法，用于太赫兹肖特基二极管阳极温度预测，基于上述的热力学模型或上述的电热模型，包括以下步骤，步骤Y100，获取太赫兹肖特基二极管的耗散功率；步骤Y200，将耗散功率等效为热力学模型中的等效电流源，然后通过热力学模型得到等效热电阻；步骤Y300，将等效热电阻代入阳极温度计算公式，，式中，为太赫兹肖特基二极管阳极的温度，为热力学模型初始环境温度；
得到太赫兹肖特基二极管阳极的温度。
[0007]进一步地，在步骤Y100中，获取太赫兹肖特基二极管的电路参数，基于电路建立太赫兹肖特基二极管的电子学模型，利用电子学模型获取太赫兹肖特基二极管的耗散功率。
[0008]进一步地，在步骤Y300中，环境温度为常温。
[0009]进一步地，所述温度预测方法基于商用仿真软件进行建模预测。
[0010]本申请第四方面提供了一种倍频器仿真方法，用于太赫兹频段，基于上述的热力学模型或上述的电热模型，包括以下步骤，步骤S100，获取倍频器中太赫兹肖特基二极管的电路参数；步骤S200，基于电路参数建立太赫兹肖特基二极管的电子学模型，得到初步电子学模型，初步电子学模型的环境温度为常温；步骤S300，通过初步电子学模型输出得到耗散功率，将耗散功率等效为等效电流源代入热力学模型中，得到太赫兹肖特基二极管阳极的温度；步骤S400，将温度代入初步电子学模型中，对太赫兹肖特基二极管进行仿真优化，得到太赫兹肖特基二极管的优化电路参数；步骤S500，基于太赫兹肖特基二极管的优化电路参数和倍频器的S参数，进行整体电路仿真。
[0011]进一步地，基于倍频器结构进行无源电路仿真，得到倍频器的S参数。
[0012]进一步地，基于太赫兹肖特基二极管的结构提取SPIC参数，以SPIC参数作为太赫兹肖特基二极管的电路参数。
[0013]进一步地，在步骤S500中，通过整体电路仿真得到倍频器的性能数据，判断性能数据是否满足要求，在性能数据不能满足要求时，优化倍频器结构，然后基于优化后倍频器结构进行无源电路仿真，得到倍频器的优化S参数，再将优化S参数代入步骤500进行整体电路仿真。
[0014]本专利技术相对于现有技术至少具有如下技术效果：本专利技术基于热力学模型，可以得到太赫兹肖特基二极管的等效热电阻和阳极结温度，以此表征太赫兹肖特基二极管的热效应，然后在后续太赫兹固态电路设计过程中，就可以将热效应纳入倍频器的谐波平衡仿真中，以此提高太赫兹固态电路仿真优化的准确度，让仿真优化结果更接近于实际使用状况。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1是本专利技术太赫兹肖特基二极管热力学模型的示意图；图2是本专利技术太赫兹肖特基二极管电子学模型的示意图；图3是本专利技术太赫兹肖特基二极管电
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热模型的示意图；图4是本专利技术太赫兹倍频器的仿真流程图。
具体实施方式
[0017]以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本专利技术的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本专利技术，其仅作为例子，而并非用以限制本专利技术。
[0018]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]实施例1：本申请实施例提供了一种热力学模型，用于太赫兹肖特基二极管，如图1所示，图中，是阳极结处耗散的功率，是等效热电阻，是等效热电容，为太赫兹肖特基二极管阳极的温度，为热力学模型初始环境温度，热力学模型包括等效电流源、等效热电阻和等效热电容，所述等效电流源由太赫兹肖特基二极管的耗散功率等效得到，等效电流源与等效热电阻串联，所述等效热电阻和等效热电容并联设置，等效热电阻和等效热电容协同用于等效太赫兹肖特基二极管的热量流动通道。
[0020]肖特基二极管是太赫兹固态电路的核心器件，申请人在实现本专利技术的过程中发现，现有技术中，太赫兹固态电路的仿真优化常采用“场
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路”结合的仿真方法，将三维电磁仿真与谐波平衡仿真结合使用，但得到的仿真结果与实际使用状况存在差异；而申请人在实现本专利技术的过程中发现，在太赫兹固态电路研究中，电路中的热效应往往被忽视，无论是混频器还是倍频器，在工作中都涉及到功率的转化，当输入信号加载到肖特基二极管对时，一部分输入功率被传化为频率倍增（倍频器）或频率变换（混频器）后的输出功率，其余的输入功率会转化成热量在二极管的阳极处耗散，引起阳极附近区域的温度上升并导致电路性能的恶化，而随着工作频率的上升，肖特基二极管的阳极面积不断减小，热效应愈专利技术显本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热力学模型，用于太赫兹肖特基二极管，其特征在于，包括等效电流源、等效热电阻和等效热电容，所述等效电流源由太赫兹肖特基二极管的耗散功率等效得到，等效电流源与等效热电阻串联，所述等效热电阻和等效热电容并联设置，等效热电阻和等效热电容协同用于等效太赫兹肖特基二极管的热量流动通道。2.一种电热模型，用于太赫兹肖特基二极管，其特征在于，包括电子学模型和权利要求1所述的热力学模型，所述电子学模型包括电子电流源、电荷源和级联电阻，所述电子电流源与级联电阻串联，所述电荷源与电子电流源并联，电子学模型用于输出耗散功率。3.一种温度预测方法，用于太赫兹肖特基二极管阳极温度预测，其特征在于，基于权利要求1所述的热力学模型或权利要求2所述的电热模型，包括以下步骤，步骤Y100，获取太赫兹肖特基二极管的耗散功率 ；步骤Y200，将耗散功率等效为热力学模型中的等效电流源，然后通过热力学模型得到等效热电阻；步骤Y300，将等效热电阻代入阳极温度计算公式，，式中，为太赫兹肖特基二极管阳极的温度，为热力学模型初始环境温度；得到太赫兹肖特基二极管阳极的温度。4.如权利要求3所述的温度预测方法，其特征在于，在步骤Y100中，获取太赫兹肖特基二极管的电路参数，基于电路建立太赫兹肖特基二极管的电子学模型，利用电子学模型获取太赫兹肖特基二极管的耗散功率。5.如权利要求4所述的温度预测方法，其特征在于，在步骤Y300中，环境温度为常温。6.如权利要求3~5任意一项所述的温度预测...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁军，于馨菲，孟祥翱，纪名洋，许书涵，刘亚晗，方馨悦，王习斌，马飞，周闻达，
申请(专利权)人：四川太赫兹通信有限公司，
类型：发明
国别省市：