[发明专利]一种太赫兹倍频器的快速设计方法

说明书

本发明属于太赫兹器件技术领域，具体为一种太赫兹倍频器的快速设计方法。本发明方法在计算输入结构端口阻抗值时，先对设计的输入结构模型端口阻抗进行归一化处理，然后根据微波理论，利用输入结构模型端口的S参数得到其实部计算公式和虚部计算公式；再将实部和虚部两个计算公式代入三维电磁仿真软件的输出变量控件中，即可得到输入结构端口与非线性器件阻抗匹配值。输出结构端口阻抗值计算过程与输入结构相同，只需要将输入结构模型端口的S参数替换为输出结构模型端口的S参数即可。由于实部和虚部两个公式的存在，输入、输出结构端口的阻抗值可在三维电磁仿真软件中直观获取，无需对SNP文件在三维电磁仿真软件与电路软件来回迭代运算。

技术领域

本发明属于太赫兹器件技术领域，尤其涉及一种太赫兹倍频器的快速设计方法。

背景技术

太赫兹波是指频率范围在0.1THz-10THz内的电磁波，具有非常优秀的特性，能够广泛应用在安检、医疗、航天、检测等技术领域。太赫兹倍频器可以将低频的电磁波进行倍频形成太赫兹波，是获得太赫兹波的核心器件。

在传统太赫兹倍频器的设计方法中，常常采用三维电磁仿真软件与电路仿真软件相结合的方式，通过分部、整体、又或者半整体的设计方法完成倍频器的设计。在设计的过程中，当相连的两段微带线宽度不一致时，会出现微带或悬置微带等传输线阻抗的阶跃效应，在电路仿真软件中是难以表征这个效应的，因此需要在三维电磁仿真软件中，仿真得到这个阶跃效应的SNP文件，将其代回电路仿真软件中，才能完整地表征这两节传输线的电路性能。具体过程可以参阅图1。由于倍频电路较为繁杂，通常需要多个传输线的阶跃匹配，这就需要我们来回迭代多次，使得传统的太赫兹倍频器设计过程繁杂；另一方面，在增加阶跃效应后，会使电路性能恶化，这时又需要重新优化电路传输线结构尺寸，大大增加了设计周期时长。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种太赫兹倍频器的快速设计方法，以解决传统太赫兹倍频器设计工序繁杂且设计周期长的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种太赫兹倍频器的快速设计方法，包括以下步骤：

步骤1、在三维电磁仿真软件中提取非线性器件的SNP文件，并将其导入电路仿真软件中；

步骤2、在电路仿真软件中，根据实际需求的倍频器性能，利用SNP文件计算出理想状态下非线性器件输入、输出阻抗值；

步骤3、在三维电磁仿真软件中设计输入、输出结构模型，分别计算出输入结构、输出结构的端口阻抗值，以用于调整输入结构、输出结构的尺寸，使其与对应的步骤2所计算出的非线性器件输入、输出阻抗值相等，实现阻抗匹配，从而完成倍频器设计；详细过程为：

3.1、在三维电磁仿真软件中分别设计出输入结构和输出结构的模型；并分别提取输入、输出结构模型端口的S参数；

3.2、计算输入结构端口阻抗值：

对输入结构模型端口阻抗进行归一化50Ω处理；并根据微波理论，利用输入结构模型端口的S参数，得到公式(1)和公式(2)；

ReZin＝-50*(re(S(2,2))^2+im(S(2,2))^2-1)/((re(S(2,2))-1)^2+im(S(2,2))^2)   (1)

ImZin＝(ReZin*(re(S(2,2))-1)+50*(re(S(2,2))+1))/im(S(2,2))   (2)

其中，Re为输入结构Zin的实部，Im为输入结构Zin的虚部；

将公式(1)和公式(2)代入三维电磁仿真软件的Output Variables控件中，即可直观的获得输入结构端口阻抗值。

3.3、计算输出结构端口阻抗值：