基于分數階理論的毫米波傳輸線模型研究.pdf

1、隨著無線通信技術的迅速發(fā)展，毫米波單片集成電路在民用通信，軍用雷達以及無線局域網等領域得到了廣泛的應用，并且應用頻段越來越高，帶寬不斷增大，因此對于電路的性能提出更高的要求。無源器件的性能是限制毫米波電路發(fā)展的主要原因，而傳輸線作為電路中最基本的無源器件，對于電路性能的影響至關重要。在毫米波頻段下，器件的電磁場分布極其復雜，損耗以及非準靜態(tài)效應等更加明顯，造成毫米波應用的傳輸線寬帶高精度模型難以建立，間接地阻礙了集成電路設計的發(fā)展，因此

2、對于傳輸線的研究具有極其重要的意義，寬帶、高精度的傳輸線模型亟待開發(fā)。本文開展傳輸線建模技術研究，包括對傳輸線進行分析、建模、參數提取和驗證。針對目前主流的CMOS工藝、InP工藝和新的硅基異質集成InP工藝，本文主要研究了基于分數階理論的傳輸線模型，建立等效電路模型并進行了參數提取與驗證，得到0.1-220 GHz頻段范圍內的具有較高精度的寬頻帶分數階傳輸線模型。
　　本研究主要內容包括：⑴分析傳輸線的波動方程，傳輸線的特性參數

3、及其提取方法，以及高頻下傳輸線的損耗機制，并詳細闡述目前傳輸線模型研究中常用的一些傳輸線模型及其參數提取方法。同時詳細分析分數階微積分的理論，以及分數階電感電容模型在傳輸線模型中的應用。⑵對于異質集成工藝和CMOS工藝下的傳輸線結構在HFSS中進行3D模型建立與仿真，得到傳輸線的特性參數，與實際測量數據比對驗證了數據的準確性，并以電磁場仿真數據作為傳輸線模型研究的依據。在對大量的硅基異質集成InP工藝和CMOS工藝下的傳輸線結構進行電磁

4、場仿真基礎上，分別建立相應的等效電路模型，并采用分數階理論對傳輸線模型進行分析研究。⑶對于不同工藝和結構的傳輸線分別進行模型參數提取和驗證。研究建立了異質集成工藝下傳輸線通孔互連線結構的模型，并對模型進行驗證分析；并研究了異質集成工藝下的微帶傳輸線，對其進行分數階傳輸線模型的參數提取和驗證，并將模型擬合結果與對應相同結構的整數階傳輸線模型對比分析，得出分數階傳輸線模型具有更高的模型精度；最后對于分數階傳輸線模型在CMOS工藝和InP工藝