应用于调节有源FSS微波反射率的射频变容二极管的器件建模

S. Guo, Y. Zhao, Z Cao, L. Miao, S. Bie, J. Jiang*, Device modeling of RF varactor diodes for adjustable microwave reflectivity in active frequency selective surfaces. Journal of Physics D: Applied Physics, 2021.

一、研究背景

目前，设计在P/L波段(0.3~2 GHz)具有宽带电磁吸收性能的吸波材料是一个巨大的挑战。加载有源射频器件的频率选择表面(FSS)利用了器件参数电可调的特性，从而可以设计出P/L波段的宽带有源FSS吸收体。因此，器件参数特性对于设计优异的吸收性能至关重要。不幸的是，由于表面贴装器件当前应用的工业封装特性，除了主阻抗参数之外，还有寄生参数。所以，研究有源射频器件的精确模型对于设计具有良好性能的AFSS结构具有重要的意义与价值。

二、工作介绍

近日，华中科技大学江建军教授团队发现在AFSS的设计中，有源射频器件的精确模型至关重要。因此针对有源器件变容二极管提出其等效电路模型。结合TRL校准技术和软件ADS拟合获得寄生参数值。然后用经典的FSS结构来验证变容二极管模型仿真和测量的一致性。提出的变容二极管模型将有助于P/L波段新型宽带可调吸收器的设计。

图1 变容二极管等效电路模型的简化

图2 TRL校准和测量技术

图3 设计的AFSS结构模型及其等效电路

图4测试环境和仿真测试对比

三、工作总结

作者提出了一种适用于AFSS吸收体的变容二极管等效电路模型。首先，合理简化了变容二极管的完整模型，然后采用TRL校准法并利用VNA提取变容二极管在不同偏置电压下的参数。通过计算和拟合，得到了二极管模型的集总参数值。接下来，将获得的模型和参数应用于典型的蝴蝶结和领结图案AFSS吸收器的仿真。最后，通过与AFSS吸收体微波测量结果的比较，验证了变容二极管等效电路模型及其参数值的可靠性。总的来说，数据表明，提出的变容二极管将有助于设计新的PL波段宽带可调吸收器：它可以用来有效避免模拟和测量结果之间的任何不一致，具有很大的应用价值。

四、作者简介

通信作者：江建军教授，博士生导师。1995年毕业于中国杭州浙江大学，获博士学位。 1997年至1998年在韩国科学技术高等研究院(KAIST)做博士后。 1998年至1999年，以色列理工学院(Technion Israel Institute of Technology)博士后。1999年至2000年，任赫尔辛基工业大学高级访问学者。2001年起任华中科技大学光学与电子信息学院教授。他是智能电子研究所的负责人。主要研究方向:频率选择表面分析与设计、智能雷达吸波材料和频率选择吸波材料的设计与机理、雷达截面缩减、有源元件建模、吸波材料的制造与应用。他撰写/合著了230多篇文章和三本学术专著。

通信作者：别少伟副教授，博士生导师，1998年毕业于西安理工大学，获理学学士学位，2008年毕业于华中科技大学，获凝聚态物理学博士学位。2012年以来，他担任华中科技大学光学与电子信息学院副教授。目前主要研究方向为人工电磁结构、频率选择表面、雷达吸波材料、天线阵列和电磁兼容。

第一作者：郭赛，2016年获华中科技大学学士学位。目前在华中科技大学攻读微电子学和固体电子学博士学位。主要研究方向为频率选择表面、有源器件精确建模、多功能吸收/反射切换屏。