毫米波检波器的研究设计+文献综述(3)
1.首先简单介绍了毫米波微带传输线的结构、特性，详细阐述了检波二极管检波电路的原理，检波器的主要技术指标，以及检波器的种类。其中着重介绍了检波器电压灵敏度和电流灵敏度的计算。
2.设计制作了 Ka 频段波导-微带检波器，并介绍了电磁场仿真的两种基本方式：参数提取与电路分析方法相结合、直接的电磁场模拟，以及用无源过渡结构进行了仿真设计波导微带的两种过渡方式，利用ADS设计滤波器和匹配网络。
3.对本论文工作的总结。
本课题设计任务指标要求如下：
8mm检波器要达到以下技术指标：
频率范围：33-37GHz
带宽：4GHz
输入驻波：≤3
输入功率：-20dBm
检波极：负向检波
电压灵敏度：1000mV/mw
2 基本理论
2.1 毫米波微带传输线基本理论
2.1.1 微带线的结构
微带线目前是混合微波集成电路(HMIC)和单片微波集成电路(MMIC)使用最多的一种平面型传输线。 微带线是在金属化厚度为h的介质基片的一面制作宽度为w、厚度为t的导体带，另一面作接地金属平板而构成的。标准微带线的结构、电场E和磁场H以及微带线上的纵向电流密度如图2-1所示。
(a)微带线结构 (b)微带线的电场E和磁场H (c)微带线上的纵向电流密度
图2-1 标准微带线示例
微带线最常用的介质基片材料是纯度为99.5%的氧化铝陶瓷(εr=9.5~10，tgδ=0.0003)、聚四氟乙烯(εr=2.1，tgδ=0.0004)和聚四氟乙烯玻璃纤文板(εr=2.55，tgδ=0.008)；用作单片微波集成电路的半导体基片材料主要是砷化镓(εr=13.0，tgδ=0.006)。
微带线基板厚度h，相对介电常数εr，当介电常数远大于空气介电常数εo，且频率较低时，电磁场基本存在介质基板内，此时的电磁场模式可以认为是横电磁波，即TEM波，但事实上总会有一小部分电磁场存在于空气中，在空气和基板交界面处出现电磁场的不连续状态，因此，微带线中传播的电磁波不是纯TEM 波，而是包含一定成分的纵向分量，因此称之为准TEM波。从图 2-1(c)可以看出，微带线上的电流分布沿微带边沿电流密度大，因此，是电流损耗的主要组成部分[24]。
2.1.2 微带线的特性阻抗和相速
特性阻抗和相速是任何微波传输线参数中最主要的两个，前者与阻抗匹配相关联，后者决定传输线的电长度和其几何长度的关系[25]。
在实际应用中，传输线的特性阻抗和相速，均为对一定的波形而言。对于TEM波，根据长线方程，传输线的特性阻抗Z0和相速Vp分别为：
式(2-1)和(2-2)中L0和C0分别为传输线的分布电感和分布电容。特性阻抗为传输线上行波电压与行波电流，或入射波电压与入射波电流之比；相速则表示电磁波在传输线上的行进速度。由于在传输线上波的速度是以等相位点向前移动速度表示，故又称其为相速。当求得传输线的分布电感与分布电容后，即可根据上式分别求的特性阻抗Z0和相速VP。
对于微带线，已经不可以同带状线那样以平行板电容器为基础计算分布电容 C0和分布电感L0，然后再求出其特性阻抗和相速。因为，微带线的基片厚度h增加或者导体宽度w减小，边沿场便突出出来，在数学建模中已不能忽略。于毫米波传输线分析的方法很多，可归纳为准静态发(quasi-static approach)、色散模型法(dispersion model)和全波分析法(fullwave analysis)三种。常用分析法有谱域法(spectral domain approach)、时域有限差分法(FDTD)、保角变换法，这些方法推导复杂，如果要得到比较精确的结果，则需要多次迭代，对计算机资源有一定的要求。在实际工程计算中，考虑到微带线的导体宽度和厚度，一般利用特性阻抗的近似公式通过计算机来计算。