光載毫米波系統(tǒng)的毫米波功率合成技術研究.pdf

1、寧波大學博士學位論文I光載毫米波系統(tǒng)的毫米波功率合成技術研究摘要光電探測器是光載無線系統(tǒng)（RadiooverFiberROF）的一個關鍵器件，它的性能直接影響整個ROF系統(tǒng)的性能與系統(tǒng)設計。光纖放大器的出現，改變了對光電探測器性能的要求，光纖放大器加光電探測器取代傳統(tǒng)的光電探測器加后置功率放大器這種模式已成為大勢所趨，因此高功率和大帶寬成為目前研究光電探測器亟待解決的問題。而且光纖放大器加光電探測器組成的系統(tǒng)性能將會更好，成本更低。本文

2、回顧了光電效應的發(fā)現歷程，從提高光電轉換效率的角度，考察了PINPD的原理和結構，PINPD容易出現飽和的原因是空穴載流子遷移率低在耗盡區(qū)積聚從而引起空間電荷效應，導致PINPD出現飽和。為了克服空間電荷效應，出現了單行載流子光電二極管（UniTravelingCarrierPhotodiodeUTCPD）。文中對UTCPD結構進行了研究與分析并進行了模擬驗證，得到了UTCPD的吸收層厚度與UTCPD的3dB帶寬的關系曲線、與響應度之間

3、的關系曲線以及吸收層摻雜濃度與UTCPD的3dB帶寬的關系曲線。得到了集結層厚度和UTCPD的3dB帶寬的關系以及集結層摻雜濃度與UTCPD的3dB帶寬的關系曲線，分析了其物理原因。結果表明UTCPD的性能與吸收層和集結層的參數取值有極大關系，參數優(yōu)化取值要綜合考慮。模擬結果表明UTCPD比PINPD的性能如飽和功率和工作帶寬等有了極大的提高。無論PINPD還是UTCPD都是通過改變單個光電二極管的結構來提高光電探測器性能的。然而單個光

4、電二極管的性能再提高畢竟是有限的，將多個光電二極管集成制成光電探測器，則探測器的性能會得到極大地提高。多個光電二極管集成本質上是多個光電二極管輸出的功率合成問題。本文全面研究了多個光電二極管的輸出合成問題。在三個方面取得了創(chuàng)新的結果：發(fā)現了并聯集成時光電二極管的最佳并聯個數；獲得了光電二極管級聯時級聯個數與工作波長的關系，依據該關系可優(yōu)選光電二極管級聯的最大個數；提出了一種新型級聯光電二極管陣列功率合成電路。將多個光電二極管并聯集成，其

5、輸出功率會提高，但光電二極管的結電容也會并聯，導致等效電容變大，工作帶寬降低，故不能在高頻段應用。詳細分析發(fā)現，由于每個光電二極管的分流作用，當并聯八組以后再增加光電二極管的并聯組數，對輸出功率的貢獻越來越小。為了克服并聯集成會使工作帶寬降低的問題，出現了行波光電二極管陣列寧波大學博士學位論文IIIMillimeterWavePowerCombiningfRadiooverFiberSystemAbstractPhotodetectis

6、akeydevicefROFcommunicationsystems.ItsacteristicsdirectlyaffectstheperfmancedesignofROFsystem.Theemergenceofopticalfiberamplifiershaschangedtheperfmancerequirementsfphotodetect.Ithasbecomeatrendthattraditionalmoduleofpho

7、todectpostpoweramplifierisreplacedbythemoduleofopticalfiberamplifierphotodetect.Therefetheissuesofhighpowerwithhighbwidthbecomeurgentinphotodetectresearch.Infactasystemmadeupofopticalfiberamplifierphotodetecthasbetterper

8、fmancelowercost.ThisdissertationreviewsthehistyofphotoelectriceffectinvestigatestheprinciplestructureofPINPDfromtheperspectiveofimprovingconversionefficiency.ThereasonofPINPDsaturationisthatthemobilityofholecarriersislow

9、holecarriersgatherinthedepletionlayerwhichresultsinthespacegeeffect.IndertoovercomethiseffectUTCPDwasdesigned.InthisdissertationthestructureofUTCPDisstudiedanalyzed.TherelationshipbetweenthethicknessofUTCPDabsptionlayert

10、he3dBbwidthofUTCPDresponsedegreetherelationshipbetweenthethicknessofcollectionlayerUTCPD3dBbwidththerelationshipbetweenthedopedconcentrationofcollectionlayerUTCPD3dBareallobtainedphysicallyanalyzed.Theresultsshowthatthep

11、erfmanceofaUTCPDdependssignificantlyontheparametersoftheabsptionlayerthecollectionlayer.SimulationshowsthatUTCPDhasamuchhighersaturationpoweramuchwiderbwidthcomparedtoPINPD.TheperfmanceimprovementofbothPINPDUTCPDisimplem

12、entedbychangingthestructureofsinglephotodiode.Thereisalimitftheperfmanceimprovementfsinglephotodiode.Therefetheintegrationofseveralphotodiodesisapromisingtechnologytofurtherimprovebothoutputpowerwkingbwidthofphotodetect.

13、Sincethemajissueofphotodiodesintegrationispowercombiningthisdissertationmainlyfocusesonpowercombining.Threenovelresultsareobtained:theoptimumnumberofparallelphotodiodesareobtainedtherelationshipbetweenthenumberofcadephot

14、odiodesthelightwavelengthisrevealedwhichcanbeusedtodeterminethemaximumnumberofcadephotodiodesanewtypecadephotodiodearrayspowercombiningarchitectureisproposed.Theoutputpowerwillincreaseifphotodiodesareconnectedinparallel.