一种多管芯热力学模型、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，尤其是涉及一种多管芯热力学模型、温度预测方法和倍频器仿真方法，所述多管芯热力学模型包括热耦合网络和n个单管芯热力学模型单元，所述单管芯热力学模型单元包括等效电流源、以及与等效电流源串联连接的热电阻R

【技术实现步骤摘要】
一种多管芯热力学模型、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
，尤其是涉及一种多管芯热力学模型、温度预测方法和倍频器仿真方法。

技术介绍

[0002]太赫兹波相较于微波、毫米波，太赫兹波波长更短、频段更高；相较于光波，具有更强的穿透特性以及较低的光子能量；太赫兹波一系列独特的优越特性使其具有巨大的应用前景，可广泛应用于射电天文、太赫兹通信、大气与环境监测、雷达成像、以及医学诊断等领域。
[0003]而肖特基二极管是太赫兹固态电路的核心器件，在对太赫兹固态电路进行仿真设计时，对肖特基二极管的设计考量必不可少，而申请人在实现本专利技术的过程中发现，目前设计人员在进行太赫兹固态电路的仿真设计时，一般都会采用将三维电磁仿真与谐波平衡仿真结合来实现“场
‑
路”协同仿真优化，但仿真准确度仍有缺陷，导致太赫兹固态电路仿真设计结果与太赫兹固态电路的实际状况存在较大差异。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种多管芯热力学模型、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，主要包括以下三个方面：
[0005]本申请第一方面提供了一种多管芯热力学模型，用于太赫兹肖特基二极管，所述多管芯热力学模型包括热耦合网络和n个单管芯热力学模型单元，所述单管芯热力学模型单元包括等效电流源、以及与等效电流源串联连接的热电阻R
th
，所述等效电流源由单管芯的耗散功率等效得到，所述热电阻R
th
用于等效单管芯的热量流动通道，所述热耦合网络包括依次串联设置的括依次串联设置的所述为不加偏置空载状态下多管芯热力学模型整体的电阻，所述为沿管芯串联方向，第n个管芯的热电阻；沿管芯串联方向，第1个单管芯热力学模型单元中的热电阻与热耦合网络中和之间的连线连接，第n个单管芯热力学模型单元中的热电阻与热耦合网络中和之间的连线连接，n≥2。
[0006]进一步地，所述耗散功率通过电子学模型输出得到，所述电子学模型为单管芯的电子学模型，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。
[0007]本申请第三方面提供了一种多管芯热力学模型，一种温度预测方法，用于对多个依次串联设置太赫兹肖特基二极管的阳极温度预测，基于上述的多管芯热力学模型，包括以下步骤，
[0008]步骤Y100，获取太赫兹肖特基二极管的耗散功率为沿管芯串联方向，
第n个管芯的耗散功率；
[0009]步骤Y200，将耗散功率等效为单管芯热力学模型单元中的等效电流源，然后通过单管芯热力学模型单元得到热电阻为沿管芯串联方向，第n个管芯的热电阻；
[0010]步骤Y300，将热电阻代入阳极温度计算公式，
[0011][0012]式中，为沿管芯串联方向，第n个管芯的阳极温度，T0为多管芯热力学模型初始环境温度；
[0013]得到单管芯太赫兹肖特基二极管的阳极温度
[0014]步骤Y400，将阳极温度和热电阻代入多管芯热力学模型中，得到实际阳极结温度T
n
，T
n
为沿管芯串联方向，第n个单管芯热力学模型单元中的热电阻与热耦合网络中和之间的连线上的温度。
[0015]进一步地，在步骤Y100中，获取太赫兹肖特基二极管的单管芯电路参数，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
[0016]进一步地，在步骤Y300中，多管芯热力学模型初始环境温度T0为常温。
[0017]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。
[0018]本申请第四方面提供了一种多管芯热力学模型，一种倍频器仿真方法，用于太赫兹频段，基于上述的多管芯热力学模型，包括以下步骤，
[0019]步骤S100，获取倍频器中每一个太赫兹肖特基二极管的单管芯电路参数；
[0020]步骤S200，基于单管芯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；
[0021]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单管芯热力学模型单元中，得到太赫兹肖特基二极管阳极的热电阻
[0022]步骤S400，将热电阻代入阳极温度计算公式，
[0023][0024]式中，为沿管芯串联方向，第n个管芯的阳极温度；T0为多管芯热力学模型初始环境温度；
[0025]得到单管芯太赫兹肖特基二极管的阳极温度
[0026]将阳极温度和热电阻代入多管芯热力学模型中，得到实际阳极结温度T
n
，T
n
为沿管芯串联方向，多管芯热力学模型中第n个单管芯热力学模型单元中的热电阻与热耦合网络中和之间的连线上的温度；
[0027]步骤S500，将阳极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；
[0028]步骤S600，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。
[0029]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。
[0030]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单管芯电路参数。
[0031]进一步地，在步骤S600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600进行整体电路仿真。
[0032]本专利技术相对于现有技术至少具有如下技术效果：
[0033]本专利技术通过构建热耦合网络来模拟阳极之间的热相互作用，使得操作者可以根据实际应用场景分析各阳极耗散功率不同情况下的阳极结温度，同时可以对潜在的热失控案例进行仿真分析，另外，在后续太赫兹固态电路设计过程中，同样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
[0034]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。
[0035]图1是本专利技术多管芯热力学模型的示意图；
[0036]图2是本专利技术单管芯太赫兹肖特基二极管的电子学模型示意图；
[0037]图3是本专利技术单管芯热力学模型的示意图；
[0038]图4是本专利技术太赫兹倍频器的仿真流程图；
[0039]图5是本专利技术太赫兹倍频器的仿真模型示意图；
[0040]图6是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多管芯热力学模型，用于太赫兹肖特基二极管，其特征在于，所述多管芯热力学模型包括热耦合网络和n个单管芯热力学模型单元，所述单管芯热力学模型单元包括等效电流源、以及与等效电流源串联连接的热电阻R
th
，所述等效电流源由单管芯的耗散功率等效得到，所述热电阻R
th
用于等效单管芯的热量流动通道，所述热耦合网络包括依次串联设置的置的所述为不加偏置空载状态下多管芯热力学模型整体的电阻，所述为沿管芯串联方向，第n个管芯的热电阻；沿管芯串联方向，第1个单管芯热力学模型单元中的热电阻与热耦合网络中和之间的连线连接，第n个单管芯热力学模型单元中的热电阻与热耦合网络中和之间的连线连接，n≥2。2.如权利要求3所述的多管芯热力学模型，其特征在于，所述耗散功率通过电子学模型输出得到，所述电子学模型为单管芯的电子学模型，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，用于对多个依次串联设置太赫兹肖特基二极管的阳极温度预测，其特征在于，基于权利要求1或2所述的多管芯热力学模型，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为沿管芯串联方向，第n个管芯的耗散功率；步骤Y200，将耗散功率等效为单管芯热力学模型单元中的等效电流源，然后通过单管芯热力学模型单元得到热电阻为沿管芯串联方向，第n个管芯的热电阻；步骤Y300，将热电阻代入阳极温度计算公式，式中，为沿管芯串联方向，第n个管芯的阳极温度，T0为多管芯热力学模型初始环境温度；得到单管芯太赫兹肖特基二极管的阳极温度步骤Y400，将阳极温度和热电阻R
thn
代入多管芯热力学模型中，得到实际阳极结温度T
n
，T
n
为沿管芯串联方向，第n个单管芯热力学模型单元中的热电阻与热耦合网络中和之间的连线上的温度。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单管芯电路参数，基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥翱，于馨菲，袁军，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：