混频二极管的噪声仿真模型、方法及混频器电路优化方法技术

本申请实施例公开了一种混频二极管的噪声仿真模型、方法及混频器电路优化方法，涉及太赫兹通信技术领域。包括：等效电流源、等效热电阻、等效热电容、级联电阻、等效散粒噪声源、等效热噪声源和等效热电子噪声源；其中，所述等效电流源与所述等效热电阻串联，所述等效热电阻与所述等效热电容并联；所述等效散粒噪声源与所述等效热电容并联，所述级联电阻与所述等效热电容串联，所述等效热噪声源与所述等效电流源串联，所述等效热电子噪声源与所述等效热噪声源串联。可以解决被现有技术忽略的噪声热效应积累后，二极管噪声性能也会相应变差，影响着混频器的噪声温度，从而恶化收发前端的灵敏度的问题。灵敏度的问题。灵敏度的问题。

【技术实现步骤摘要】
混频二极管的噪声仿真模型、方法及混频器电路优化方法


[0001]本申请涉及太赫兹通信
，尤其涉及一种混频二极管的噪声仿真模型、方法及混频器电路优化方法。

技术介绍

[0002]作为太赫兹固态系统的核心电路，太赫兹混频器的性能决定着收发前端的整体性能，衡量太赫兹混频器性能的主要参数为变频损耗和噪声温度。目前，随着固态系统例如雷达系统和探测系统对灵敏度的需求越来越高，急需提升混频器性能。
[0003]肖特基二极管是混频器中唯一的非线性器件，其性能影响着混频器整体的性能。目前，对二极管的理论分析均停留在“电磁”建模方面。因此，目前亟需一种针对太赫兹混频二极管的噪声仿真方法，来提升用于太赫兹频段的混频器的性能。
[0004]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供了一种混频二极管的噪声仿真模型、方法及混频器电路优化方法，以期提升用于太赫兹频段的混频器的性能。
[0006]一方面，本申请实施例提供了一种混频二极管的噪声仿真模型，包括：等效电流源、等效热电阻、等效热电容、级联电阻、等效散粒噪声源、等效热噪声源和等效热电子噪声源；其中，所述等效电流源与所述等效热电阻串联，所述等效热电阻与所述等效热电容并联；所述等效散粒噪声源与所述等效热电容并联，所述级联电阻与所述等效热电容串联，所述等效热噪声源与所述等效电流源串联，所述等效热电子噪声源与所述等效热噪声源串联。
[0007]可选地，所述等效散粒噪声源的均方电流为，其中，q为单位电荷电量，I为结电流，B为带宽；所述等效热噪声源的均方电压为其中，K为玻尔兹曼常数，T是混频二极管的阳极温度，R
s
为级联电阻；所述等效热电子噪声源的均方电压为，其中，为噪声常数。
[0008]可选地，所述噪声常数通过如下表达式获得：其中，是电子的平均能量弛豫时间，是电子迁移率，是外延层掺杂浓度，
是阳极面积。
[0009]再一方面，本申请实施例提供了一种基于上述噪声仿真模型的混频二极管的噪声仿真方法，包括：对具有预设设计参数的混频二极管进行热仿真，获得所述混频二极管的阳极温度；在所述热仿真的基础上，建立所述混频二极管对应的噪声仿真模型：基于噪声仿真模型，以变频损耗和等效噪声温度最小为优化目标，获得所述混频二极管的第一目标混频性能。
[0010]可选地，所述基于噪声仿真模型，以变频损耗和等效噪声温度最小为优化目标，获得所述混频二极管的第一目标混频性能的步骤，包括：基于噪声仿真模型，在不同的LO驱动功率下，以变频损耗和等效噪声温度最小为优化目标，获得不同的LO驱动功率下优化目标的RF源阻抗和LO源阻抗；基于不同的LO驱动功率下优化目标的RF源阻抗和LO源阻抗，获得不同LO功率驱动下，所述混频二极管的目标变频损耗和目标等效噪声温度；基于所述混频二极管的目标变频损耗和目标等效噪声温度，获得所述混频二极管的第一目标混频性能。
[0011]可选地，所述基于噪声仿真模型，以变频损耗和等效噪声温度最小为优化目标，获得所述混频二极管的第一目标混频性能的步骤之后，还包括：根据所述混频二极管的第一目标混频性能，对所述预设设计参数进行调整；在对所述预设设计参数进行调整后，返回所述对具有预设设计参数的混频二极管进行热仿真，获得所述混频二极管的阳极温度的步骤，直到获得所述混频二极管的第二目标混频性能；对所述第一目标混频性能和所述第二目标混频性能进行对比分析，并根据对比分析结果对所述混频二极管的设计参数进行优化。
[0012]再一方面，本申请实施例提供了一种混频器电路优化方法，包括：根据上述的混频二极管的噪声仿真方法，获得混频器中混频二极管的目标混频性能对应的阻抗条件；在所述混频器的等效电路模型中同时优化匹配网络中的各子单元，获得目标匹配网络，所述目标匹配网络提供混频二极管所需的所述阻抗条件；基于所述目标匹配网络，对所述混频器进行电路性能仿真，以完成电路优化。
[0013]可选地，所述优化匹配网络中的各子单元的步骤，包括：对所述混频器中混频二极管的数量和所述混频器中混频二极管的串并联方式进行优化。
[0014]可选地，所述优化匹配网络中的各子单元的步骤，还包括：对所述混频器中混频二极管的级联方式进行优化。
[0015]可选地，所述优化匹配网络中的各子单元的步骤，还包括：对所述混频器中混频二极管的管芯的掺杂浓度进行优化。
[0016]本申请的实施例提供一种混频二极管的噪声仿真模型、方法及混频器电路优化方法，该噪声仿真模型包括：等效电流源、等效热电阻、等效热电容、级联电阻、等效散粒噪声
源、等效热噪声源和等效热电子噪声源；其中，所述等效电流源与所述等效热电阻串联，所述等效热电阻与所述等效热电容并联；所述等效散粒噪声源与所述等效热电容并联，所述级联电阻与所述等效热电容串联，所述等效热噪声源与所述等效电流源串联，所述等效热电子噪声源与所述等效热噪声源串联。也即，对于太赫兹频段的混频器，提出了一种同时包括等效散粒噪声源、等效热噪声源和等效热电子噪声源的噪声仿真模型，基于该模型，既可以进行热仿真，也可以同时进行噪声仿真，使得可以在热仿真的基础上进行噪声仿真，从而可以解决被现有技术忽略的噪声热效应积累后，二极管噪声性能也会相应变差，影响着混频器的噪声温度，从而恶化收发前端的灵敏度的问题。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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。
[0018]图1是本申请实施例提供的一种计算机设备的结构示意图；图2是本申请实施例提供的一种混频二极管的噪声仿真模型的结构示意图；图3是本申请实施例提供的一种混频二极管的噪声仿真方法的流程示意图；图4是本申请实施例提供的一种分谐波混频器的混频二极管仿真分析结果图；图5是本申请实施例提供的一种混频二极管的仿真设计方法的流程示意图；图6是本申请实施例提供的一种混频器电路优化方法的流程示意图。
具体实施方式
[0019]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0020]本申请实施例的主要解决方案是：提供一种混频二极管的噪声仿真模型、方法及混频器电路优化方法，该噪声仿真模型包括：等效电流源、等效热电阻、等效热电容、级联电阻、等效散粒噪声源、等效热噪声源和等效热电子噪声源；其中，所述等效电流源与所述等效热电阻串联，所述等效热电阻与所述等效热电容并联；所述等效散粒噪声源与所述等效热电容并联，所述级联电阻与所述等效热电容串联，所述等效热噪声源与所述等效电流源串联，所述等效热电子噪声源与所述等效热噪声源串联。
[0021]现有技术中，肖特基二极管的理论分析均停留在“电磁”建模方面，未本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混频二极管的噪声仿真模型，其特征在于，包括：等效电流源、等效热电阻、等效热电容、级联电阻、等效散粒噪声源、等效热噪声源和等效热电子噪声源；其中，所述等效电流源与所述等效热电阻串联，所述等效热电阻与所述等效热电容并联；所述等效散粒噪声源与所述等效热电容并联，所述级联电阻与所述等效热电容串联，所述等效热噪声源与所述等效电流源串联，所述等效热电子噪声源与所述等效热噪声源串联。2.根据权利要求1所述的噪声仿真模型，其特征在于，所述等效散粒噪声源的均方电流为，其中，q为单位电荷电量，I为结电流，B为带宽；所述等效热噪声源的均方电压为其中，K为玻尔兹曼常数，T是混频二极管的阳极温度，R
s
为级联电阻；所述等效热电子噪声源的均方电压为，其中，为噪声常数。3.根据权利要求2所述的噪声仿真模型，其特征在于，所述噪声常数通过如下表达式获得：其中，是电子的平均能量弛豫时间，是电子迁移率，是外延层掺杂浓度，是阳极面积。4.一种基于如权利要求1
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3中任一项所述的噪声仿真模型的混频二极管的噪声仿真方法，其特征在于，包括：对具有预设设计参数的混频二极管进行热仿真，获得所述混频二极管的阳极温度；在所述热仿真的基础上，建立所述混频二极管对应的噪声仿真模型：基于噪声仿真模型，以变频损耗和等效噪声温度最小为优化目标，获得所述混频二极管的第一目标混频性能。5.根据权利要求4所述的噪声仿真方法，其特征在于，所述基于噪声仿真模型，以变频损耗和等效噪声温度最小为优化目标，获得所述混频二极管的第一目标混频性能的步骤，包括：基于噪声仿真模型，在不同的LO驱动功率下，以变频损耗和等效噪声温度最小为优化目标，获得不同的LO驱动功率下优化目标的RF源阻抗和LO源阻抗；基于不同的LO驱动功率下优化目标的RF源阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑慧明，尹千里，于馨菲，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：