金屬結(jié)的三次諧波特性分析

張仁李　胡麗紅　盛衛(wèi)星　馬曉峰　韓玉兵

(南京理工大學(xué)電子工程與光電技術(shù)學(xué)院,南京 210094)

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金屬結(jié)的三次諧波特性分析

張仁李胡麗紅盛衛(wèi)星馬曉峰韓玉兵

(南京理工大學(xué)電子工程與光電技術(shù)學(xué)院,南京 210094)

摘要基于金屬結(jié)的勢(shì)壘模型,分析了金屬結(jié)的再輻射過(guò)程,詳細(xì)分析了金屬結(jié)上直流偏置電壓的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程. 給出了到達(dá)平衡狀態(tài)之后,金屬結(jié)上的三次諧波電流分量的表達(dá)式. 此外,從金屬結(jié)的角度出發(fā),經(jīng)過(guò)詳細(xì)的數(shù)值分析,討論了金屬結(jié)的再輻射特性中影響三次諧波電流分量大小的因素. 理論和仿真結(jié)果表明:當(dāng)金屬結(jié)的勢(shì)壘寬度較大、金屬與氧化層的接觸面積較小、或金屬與氧化層接觸面的勢(shì)壘高度較大時(shí),能夠獲得較小的三次諧波電流分量. 最后,通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證,金屬與氧化層的接觸面積較小或金屬與氧化物接觸面的勢(shì)壘高度較大時(shí),三次諧波明顯減弱.

關(guān)鍵詞金屬結(jié);三次諧波;非線(xiàn)性特性

引言

兩塊同種或異種金屬接觸時(shí),由于表面有氧化物,便形成金屬-氧化物-金屬的結(jié)構(gòu),也就是金屬結(jié).在外加激勵(lì)場(chǎng)的照射下,金屬結(jié)會(huì)再輻射出諧波分量,其中以三次諧波分量最強(qiáng)[1-5]. 而多數(shù)自然物在外加激勵(lì)場(chǎng)的照射下是不能產(chǎn)生諧波的. 所以,能夠用合適的諧波探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)大多數(shù)自然環(huán)境下含有金屬結(jié)的人工目標(biāo). 例如,能夠在山脈、森林等背景中,利用諧波雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)到含有金屬結(jié)的隱身目標(biāo).

Simmons以金屬結(jié)的勢(shì)壘模型為基礎(chǔ),分析了在非對(duì)稱(chēng)勢(shì)壘模型下金屬結(jié)的伏安特性以及鏡像力對(duì)勢(shì)壘結(jié)構(gòu)的影響[6]. 丁宏慶等人在Simmons的基礎(chǔ)上,對(duì)金屬結(jié)點(diǎn)的非線(xiàn)性伏安特性函數(shù)進(jìn)行了冪級(jí)數(shù)展開(kāi),并推導(dǎo)了在外加激勵(lì)場(chǎng)照射金屬結(jié)時(shí)金屬結(jié)的再輻射性能[7].

對(duì)于金屬結(jié)的再輻射特性的分析,文獻(xiàn)[7]中雖然有金屬結(jié)直流偏置電壓的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程的講解,但是具體動(dòng)態(tài)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型不夠詳細(xì).本文結(jié)合文獻(xiàn)[6]中金屬結(jié)的伏安特性,獲得金屬結(jié)的氧化層的等效電阻,從而完善了金屬結(jié)的直流偏置電壓動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程的數(shù)學(xué)模型.

對(duì)目標(biāo)信號(hào)的研究,目前已經(jīng)有多種理論,其中包括環(huán)境影響下的雷達(dá)回波信號(hào)模型[8]、雪的電磁散射對(duì)雷達(dá)信號(hào)的影響[9]和霧的雷達(dá)后向散射特性[10]等. 對(duì)于微波器件,有從缺陷接地結(jié)構(gòu)入手,研究其對(duì)諧波的抑制[11]. 但是,從三次諧波分量本身的強(qiáng)弱入手的幾乎沒(méi)有. 鑒于此,本文從金屬結(jié)自身的角度出發(fā),研究了金屬結(jié)的尺寸、金屬與氧化層接觸面的勢(shì)壘高度等因素對(duì)外加激勵(lì)場(chǎng)的照射下金屬結(jié)再輻射的三次諧波電流分量的影響.

1金屬結(jié)模型的建立

不失一般性,以異種金屬構(gòu)成的金屬結(jié)為例. 金屬結(jié)點(diǎn)的氧化層可等效為一個(gè)大的微分電阻. 當(dāng)金屬結(jié)點(diǎn)兩邊的金屬不同時(shí),會(huì)產(chǎn)生非對(duì)稱(chēng)的勢(shì)壘,使金屬結(jié)的形狀發(fā)生改變. 金屬1為正向偏置時(shí),金屬結(jié)的勢(shì)壘模型如圖1所示. 其中,l1和l2分別為金屬1和金屬2在氧化層接觸面處的勢(shì)壘高度(l2>l1),η1和η2分別是金屬1和金屬2的費(fèi)米能級(jí),U為

圖1　金屬1為正向偏置時(shí)的金屬結(jié)模型

外加的激勵(lì)場(chǎng)在金屬結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的入射電壓,e為電子的電荷量,b為勢(shì)壘的理論寬度. 后文的分析均只考慮金屬1為正向偏置的情況. 金屬1為負(fù)向偏置時(shí),分析方法與金屬1為正向偏置時(shí)相同.

2金屬結(jié)點(diǎn)三次諧波的再輻射特性

假設(shè)外加激勵(lì)場(chǎng)U=ucos(ωt)(u為外加電壓場(chǎng)幅,ω為其角頻率,t為時(shí)間)照射金屬結(jié). 由于隧道效應(yīng),金屬結(jié)中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)金屬1正向偏置的電流. 這個(gè)電流的直流分量為I0=0.5b2u2+0.375b4u4,其中bn(n=1,2,3，…)是電流的冪級(jí)數(shù)展開(kāi)系數(shù)[1].

金屬結(jié)氧化層的等效電阻R=U/(JS),S為金屬結(jié)的接觸面積. 由文獻(xiàn)[6]中的電流密度函數(shù)J,計(jì)算氧化層的等效電阻得

R=

U4πhb2Se[x22exp(-ax2)-x21exp(-ax1)], U

(1)

電流的直流分量作用在這個(gè)電阻上,會(huì)產(chǎn)生一個(gè)直流偏置電壓Ub=I0R,即

Ub=

U4πhb2(0.5b2u2+0.375b4u4)Se[x22exp(-ax2)-x21exp(-ax1)], U

(2)

Ub和外加激勵(lì)場(chǎng)U=ucos(ωt)一起作用在金屬結(jié)上,使金屬結(jié)上的電流的直流分量變?yōu)閇1]

I0= b1Ub+b2(U2b+0.5u2)+

(3)

此時(shí),金屬結(jié)上的直流電流分量發(fā)生變化,使相應(yīng)的直流偏置電壓Ub=I0R變化. 由式(3)可以看出,直流偏置電壓變化,又會(huì)使相應(yīng)的直流電流分量變化. 這個(gè)變化的電流直流分量又通過(guò)電阻R影響直流偏置電壓Ub. 如此反復(fù),最終達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),Ub趨于一個(gè)穩(wěn)定值.

在金屬結(jié)上產(chǎn)生的Ub趨于穩(wěn)定之后,計(jì)算穩(wěn)定時(shí)電流的三次諧波分量[7]為

I3ω=0.25b3u3+b4Ubu3．

(4)

此時(shí),主波電流分量Iω為

Iω= b1u+2b2Ubu+3b3U2bu+

(5)

三次諧波與主波功率之比為P3/P1=I3ωu/(Iωu)=I3ω/Iω.聯(lián)合式(4)和式(5),可以得到三次諧波與主波功率之比為

P3P1= (0.25b3u2+b4Ubu2)/[b1+2b2Ub+

(6)

3射頻諧波特性分析

分別討論金屬結(jié)的尺寸、材料等因素對(duì)其在外加激勵(lì)場(chǎng)照射下再輻射的三次諧波電流分量強(qiáng)弱的影響.

3.1金屬結(jié)的尺寸對(duì)三次諧波的影響

考慮金屬結(jié)的尺寸問(wèn)題時(shí),結(jié)點(diǎn)的接觸面積S和勢(shì)壘寬度b都會(huì)影響金屬結(jié)的三次諧波電流分量的強(qiáng)弱. 下面分別說(shuō)明.

3.1.1勢(shì)壘的理論寬度對(duì)三次諧波的影響

首先,由式(4)可以看出冪級(jí)數(shù)系數(shù)較大時(shí)對(duì)應(yīng)的三次諧波電流分量較強(qiáng). 而冪級(jí)數(shù)系數(shù)bn受到電流密度J的影響. 現(xiàn)證明由金屬結(jié)的尺寸、材料等因素(非電壓因素)使電流密度變大時(shí),對(duì)應(yīng)的冪級(jí)數(shù)系數(shù)也隨著增大.

假設(shè)兩個(gè)函數(shù)f1(x)和f2(x)滿(mǎn)足f1(x)>f2(x)>0. 若f2(x)的冪級(jí)數(shù)為f2(x)=a1x+a2x2+a3x3+…(冪級(jí)數(shù)系數(shù)滿(mǎn)足an>0),則f1(x)的冪級(jí)數(shù)為

f1(x) =f2(x)×f1(x)f2(x)

=c1x+c2x2+c3x3+…．

(7)

式中,cn=anf1(x)/f2(x)是f1(x)對(duì)應(yīng)的冪級(jí)數(shù)系數(shù). 由f1(x)>f2(x)>0可以推出cn>an.

若假定這里的f1(x)和f2(x)為不同情況下的電流密度函數(shù)J,則兩者相對(duì)應(yīng)的冪級(jí)數(shù)系數(shù)分別為cn和an,且cn>an. 也就是說(shuō),較大的電流密度函數(shù)J對(duì)應(yīng)的冪級(jí)數(shù)的系數(shù)bn較大. 所以,要分析勢(shì)壘的理論寬度對(duì)三次諧波電流分量的影響,只要分析勢(shì)壘的理論寬度對(duì)電流密度J的影響就可以了.

在U

?J?b= x21(ax1+2)exp(-ax1)-[

(8)

取f(x)=(ax3+2x2)exp(-ax),則對(duì)f(x)求x的導(dǎo)數(shù)得

f′(x)=-[(ax-0.5)2-4.25]exp(-ax)．

(9)

將式(8)用f(x)表示,可以簡(jiǎn)化為

(10)

很明顯,?J/?b>0,即電流密度隨著勢(shì)壘寬度的增大而增大.

但是此時(shí)電流密度的值為負(fù)數(shù)[6](電流方向與參考方向相反),所以電流密度的絕對(duì)值(即幅度)會(huì)隨著勢(shì)壘寬度的增大而減小. 又因?yàn)檩^大的電流密度函數(shù)J對(duì)應(yīng)的冪級(jí)數(shù)的系數(shù)bn較大,所以電流密度的幅度對(duì)應(yīng)的冪級(jí)數(shù)系數(shù)也會(huì)隨著勢(shì)壘寬度的增大而減小. 因此,三次諧波電流分量的幅度也會(huì)隨著勢(shì)壘寬度的增大而減小.

綜合上面的分析,可以得出結(jié)論:在U

同樣在U≥l1/e時(shí),電流密度對(duì)勢(shì)壘的理論寬度b求偏導(dǎo)數(shù)得

?J?b=

(11)

參照U

所以,保持其他條件不變的情況下,外加激勵(lì)場(chǎng)照射金屬結(jié)時(shí),金屬結(jié)上再輻射的三次諧波電流分量的幅度會(huì)隨著金屬結(jié)勢(shì)壘寬度的增大而減小.

3.1.2結(jié)點(diǎn)接觸面積對(duì)三次諧波的影響

金屬結(jié)的結(jié)點(diǎn)接觸面積S對(duì)三次諧波電流分量的強(qiáng)弱也有影響. 現(xiàn)假設(shè)有兩個(gè)金屬結(jié):結(jié)點(diǎn)接觸面積分別為S1和S2(S1>S2),金屬結(jié)的材料、尺寸等其他條件均相同,它們的電流函數(shù)分別對(duì)應(yīng)的冪級(jí)數(shù)系數(shù)為bn1和bn2. 因?yàn)榱鬟^(guò)金屬結(jié)的電流為I=b1U+b2U2+b3U3+…,其中冪級(jí)數(shù)系數(shù)bn均與S成正比,所以bn1>bn2.

因?yàn)镮0=JS∝S且R∝1/S,所以Ub=I0R與S無(wú)關(guān),即具有不同結(jié)點(diǎn)接觸面積S1和S2的兩個(gè)金屬結(jié)的直流偏置電壓相等. 此時(shí)這兩個(gè)金屬結(jié)對(duì)應(yīng)的三次諧波電流分量I3ω1和I3ω2之差為

(12)

由于bn1>bn2,所以I3ω1>I3ω2. 也就是說(shuō),在其他條件相同的情況下,結(jié)點(diǎn)接觸面積較小的金屬結(jié)對(duì)應(yīng)的三次諧波電流分量較弱.

3.2金屬結(jié)的材料對(duì)三次諧波的影響

金屬結(jié)的材料不同時(shí),金屬與氧化層接觸面處的勢(shì)壘高度(l1和l2)不同. 下面分別討論l1和l2對(duì)三次諧波電流分量強(qiáng)弱的影響.

3.2.1l1對(duì)三次諧波分量的影響

當(dāng)U

?J/?l1= exp(-ax2)(1-0.5ax2)-[

(13)

同樣可以推得?J/?l1>0,因此得出結(jié)論:在U

當(dāng)U≥l1/e時(shí),電流密度函數(shù)對(duì)l1求偏導(dǎo)數(shù)得

?J?l1= αl2exp-θη1+2eUl2?è???÷{1+2eUl2?è???÷×

(14)

綜上可知,在其他條件相同的情況下,l1較大時(shí),外加激勵(lì)場(chǎng)照射金屬結(jié)再輻射出的三次諧波電流分量的幅度較小.

3.2.2l2對(duì)三次諧波分量的影響

當(dāng)U

當(dāng)U≥l1/e時(shí),將電流密度函數(shù)分為兩部分相乘,即J=A×B,其中,

(15)

(16)

由式(15)對(duì)l2求偏導(dǎo)數(shù)得

(17)

很明顯,當(dāng)U<(l2+l1)/e時(shí),?A/?l2>0,即當(dāng)U<(l2+l1)/e時(shí),A隨著l2的增大而增大.

由式(16)對(duì)l2求偏導(dǎo)數(shù)得

(18)

同樣推出?B/?l2>0,即B隨著l2的增大而增大. 又由于A>0,B<0,所以|J|=|A×B|隨著l2的增大而減小. 即在l1/e≤U<(l2+l1)/e時(shí),三次諧波分量的幅度隨著l2的增大而減小.

綜合上面兩種情況,可以得出在其他條件相同的情況下,當(dāng)U<(l2+l1)/e時(shí),外加激勵(lì)場(chǎng)照射金屬結(jié)再輻射出的三次諧波電流分量的幅度隨著l2的增大而減小.

4仿真結(jié)果

在金屬結(jié)點(diǎn)接觸面積S為10-14m2、勢(shì)壘高度為l1=4 eV和l2=7 eV時(shí),分別取勢(shì)壘寬度為3 nm、4 nm和5 nm,金屬結(jié)上三次諧波電流分量的大小如圖2(a)所示. 以下仿真均是基于金屬結(jié)上的直流偏置電壓達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡之后的結(jié)果. 從圖2(a)可以看出,當(dāng)其他條件相同時(shí),勢(shì)壘寬度較小的金屬結(jié)對(duì)應(yīng)的三次諧波電流分量的幅度較大. 在金屬結(jié)的勢(shì)壘高度為l1=4 eV和l2=7 eV、勢(shì)壘寬度為3 nm時(shí),分別取金屬結(jié)點(diǎn)接觸面積為10-14m2、2×10-14m2和3×10-14m2,仿真結(jié)果如圖2(b)所示. 從圖2(b)可以看出,當(dāng)其他條件相同時(shí),金屬結(jié)接觸面積較大的金屬結(jié)對(duì)應(yīng)的三次諧波電流分量的幅度較大.

(a) b不同時(shí)的三次諧波分量

(b) S不同時(shí)的三次諧波分量圖2　金屬結(jié)尺寸不同時(shí)的三次諧波分量

在金屬結(jié)接觸面積S為10-14m2、勢(shì)壘寬度為3 nm、勢(shì)壘高度較高的一邊為l2=7 eV時(shí),分別取另一邊的勢(shì)壘高度l1為3 eV、4 eV和5 eV,仿真結(jié)果如圖3(a)所示. 從圖3(a)可以看出,當(dāng)其他條件相同時(shí),金屬1在氧化層接觸面處的勢(shì)壘高度較小的金屬結(jié)對(duì)應(yīng)的三次諧波電流分量的幅度較大. 在金屬結(jié)接觸面積S為10-14m2、勢(shì)壘寬度為3 nm、勢(shì)壘高度較低的一邊為l1=3 eV時(shí),分別取另一邊的勢(shì)壘高度l2為5 eV、6 eV和7 eV,仿真結(jié)果如圖3(b) 所示. 仿真時(shí)入射激勵(lì)場(chǎng)幅滿(mǎn)足U<(l2+l1)/e. 從圖3(b)可以看出,當(dāng)其他條件相同時(shí),金屬2在氧化層接觸面處的勢(shì)壘高度較小的金屬結(jié)對(duì)應(yīng)的三次諧波電流分量的幅度較大.

(a) l1不同時(shí)的三次諧波分量

(b) l2不同時(shí)的三次諧波分量圖3　金屬結(jié)勢(shì)壘高度不同時(shí)的三次諧波分量

5實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

本節(jié)構(gòu)建了一個(gè)金屬結(jié)三次諧波測(cè)量系統(tǒng),通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證金屬與氧化層的接觸面積以及勢(shì)壘高度對(duì)三次諧波的影響,從而驗(yàn)證文中理論推導(dǎo)與仿真的正確性.

測(cè)量三次諧波分量的原理框圖如圖4所示. 信號(hào)源發(fā)射出基波信號(hào),由濾波器濾除微量的諧波信號(hào)之后,經(jīng)發(fā)射天線(xiàn)照射在金屬結(jié)目標(biāo)上. 由于金屬結(jié)目標(biāo)的再輻射作用,將產(chǎn)生三次諧波信號(hào),再由接收天線(xiàn)接收. 接收天線(xiàn)接收到三次諧波信號(hào)之后,經(jīng)過(guò)適當(dāng)放大,從頻譜儀觀察. 信號(hào)源發(fā)射信號(hào)中摻雜有微弱的三次諧波信號(hào),與金屬結(jié)上再輻射的諧波信號(hào)頻率相同. 由于要接收的目標(biāo)信號(hào)為金屬結(jié)再輻射的諧波信號(hào),且比較微弱[2],所以信號(hào)源產(chǎn)生的諧波信號(hào)不可忽略,必須用濾波器進(jìn)行濾除. 同時(shí),接收天線(xiàn)之后接一個(gè)放大模塊來(lái)放大諧波信號(hào),以方便觀察. 按照?qǐng)D4原理框圖搭建的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖5所示. 金屬結(jié)三次諧波測(cè)量系統(tǒng)中各部分的參數(shù)如表1所示.

圖6為測(cè)試用的鐵板和銅板,尺寸大小為20 cm×20 cm,正中間有一條焊縫(形成金屬結(jié)). 左邊為銅板,右邊為鐵板. 當(dāng)實(shí)驗(yàn)對(duì)象分別為兩塊和一塊鐵板時(shí),測(cè)得的金屬結(jié)三次諧波輻射功率和相應(yīng)理論值如表2所示. 與一塊鐵板相比,兩塊鐵板的金屬與氧化層接觸面積更大. 其中理論的三次諧波與主波之比按照公式(6)計(jì)算而得. 表中實(shí)測(cè)三次諧波值比理論值略小,這與實(shí)驗(yàn)中線(xiàn)纜和接口的衰減有關(guān). 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)金屬與氧化層的接觸面積較小的時(shí)候,金屬結(jié)上產(chǎn)生的三次諧波較弱. 同時(shí),實(shí)測(cè)三次諧波與主波之比很小,在-90 dB左右,與理論值吻合,可見(jiàn)三次諧波十分微弱,在實(shí)際應(yīng)用中測(cè)量三次諧波的條件相對(duì)苛刻,比如放大器的增益要高,且同時(shí)要控制各部分的非線(xiàn)性作用對(duì)實(shí)際目標(biāo)產(chǎn)生的三次諧波的影響.

圖4　金屬結(jié)三次諧波測(cè)量系統(tǒng)原理框圖

圖5　金屬結(jié)三次諧波測(cè)量系統(tǒng)

參數(shù)參數(shù)取值信號(hào)源發(fā)射功率/dBm20信號(hào)源發(fā)射信號(hào)頻率/GHz1.7濾波器通帶/GHz1.455～1.925發(fā)射天線(xiàn)增益/dB17接收天線(xiàn)增益/dB17放大器增益/dB41頻譜儀系統(tǒng)帶寬/kHz5頻譜儀中心頻率/GHz5.1頻譜儀RBW/Hz3

圖6　測(cè)試銅板和鐵板

當(dāng)實(shí)驗(yàn)對(duì)象分別為一塊銅板和一塊鐵板時(shí),測(cè)得的金屬結(jié)三次諧波輻射功率如表3所示.銅板與鐵板相比,金屬與氧化層的勢(shì)壘高度更大,測(cè)得的三次諧波更弱,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析相吻合.

表2　結(jié)點(diǎn)接觸面積不同時(shí)金屬結(jié)三次諧波

表3　勢(shì)壘高度不同時(shí)金屬結(jié)三次諧波

6結(jié)論

金屬結(jié)在外加激勵(lì)場(chǎng)的照射下,除了會(huì)產(chǎn)生基波以外,還會(huì)再輻射出諧波,其中以三次諧波最強(qiáng). 在外加激勵(lì)場(chǎng)照射金屬結(jié)的初期,金屬結(jié)上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)直流偏置電壓. 這個(gè)直流偏置電壓與外加激勵(lì)場(chǎng)一起作用在金屬結(jié)上,會(huì)有一個(gè)直流偏置電壓的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程. 文中詳細(xì)推導(dǎo)了金屬結(jié)直流偏置電壓動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程的數(shù)學(xué)模型. 在直流偏置電壓達(dá)到平衡狀態(tài)之后,金屬結(jié)上的三次諧波電流分量的幅度會(huì)受到金屬結(jié)的尺寸(金屬結(jié)的勢(shì)壘寬度、結(jié)點(diǎn)接觸面積)和材料(金屬與氧化層接觸面的勢(shì)壘高度)的影響. 文中分析了三次諧波受金屬結(jié)的材料和尺寸影響的變化規(guī)律. 理論和仿真結(jié)果表明:當(dāng)其他條件相同時(shí),金屬結(jié)的勢(shì)壘寬度較大,金屬與氧化層的接觸面積較小,或者金屬與氧化層接觸面的勢(shì)壘高度較大(U<(l2+l1)/e)時(shí),金屬結(jié)可以獲得較小的三次諧波電流分量. 同時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,金屬與氧化層的接觸面積減小,或者金屬與氧化層接觸面的勢(shì)壘高度增大時(shí)三次諧波明顯減弱.

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Analysis of the third harmonic characteristics of metal junctions

ZHANG RenliHU LihongSHENG WeixingMA XiaofengHAN Yubing

(SchoolofElectronicandOpticalEngineering,NanjingUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210094,China)

AbstractBased on the barrier model of metal junctions, the radiation characteristics of metal junctions and the process of dynamic balance of the direct current bias voltage are analyzed in this paper. After the metal junction becomes stable, the expression of the third harmonic current component is given. Then from the perspective of metal junctions, the factors which influence the radiation characteristics of the third harmonic current component of metal junction, are discussed through a detailed numerical analysis. Based on the theoretical and simulation results, the fact is found that when the thickness of the insulating film grows larger, the contact area of the metal and the oxide layer goes smaller, or the barrier height between the metal and the oxide layer surface becomes larger, a smaller third harmonic can be obtained. The experimental results show that the smaller contact area of the metal and the oxide layer, as well as the larger barrier height between the metal and the oxide layer surface, leads to the smaller third harmonic.

Keywordsmetal junction; third harmonic; nonlinear characteristic

收稿日期：2015-06-04

中圖分類(lèi)號(hào)TN432

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

文章編號(hào)1005-0388(2016)02-0284-07

DOI10.13443/j.cjors.2015060401

作者簡(jiǎn)介

張仁李(1986-),男,江蘇人,南京理工大學(xué)通信工程系講師,博士,碩士生導(dǎo)師,研究方向:諧波雷達(dá)、雷達(dá)信號(hào)處理、組網(wǎng)雷達(dá).

胡麗紅(1990-),女,湖北人,南京理工大學(xué)碩士研究生,研究方向:諧波雷達(dá)、陣列信號(hào)處理.

盛衛(wèi)星(1966-),男,江蘇人,南京理工大學(xué)通信工程系教授,博士,中國(guó)兵工學(xué)會(huì)電磁技術(shù)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)副主任委員,中國(guó)電子學(xué)會(huì)天線(xiàn)分會(huì)委員,中國(guó)兵工學(xué)會(huì)坦克裝甲車(chē)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員,主要研究方向:目標(biāo)電磁散射特性建模及其應(yīng)用、陣列天線(xiàn)、智能天線(xiàn).

張仁李, 胡麗紅, 盛衛(wèi)星, 等. 金屬結(jié)的三次諧波特性分析[J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào),2016,31(2):284-290. DOI:10.13443/j.cjors.2015060401

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資助項(xiàng)目: 國(guó)家自然科學(xué)基金(No.61401207)

聯(lián)系人： 張仁李 E-mail: zhangrenli_nust@163.com