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《浙江大学》 2011年
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60GHz毫米波功率源关键技术研究

胡新毅  
【摘要】:本文就目前60GHz前端集成电路输出功率低的问题,提出了一种新颖的基于CMOS技术实现高功率60GHz毫米波功率源的电路结构新方案,该结构由环形驻波振荡器(Standing Wave Oscillator, SWO)阵列、差分功率放大器阵列、“TE101-λ/4”功率合成器构成,具有网络结构的特点,能将几个、十几个、数十个以矩阵形式分布在芯片上的功率放大器的输出功率高效地合成,从而得到高功率输出。文章第一部分详细分析了SWO的原理、等效电路模型,并将振荡频率、振荡幅度、起振条件、相位噪声和电路功耗等性能参数拟合成正多项式函数形式,从而将复杂的电路参数优化问题转换为几何规划问题,大大提高了设计效率。几个不同频率的SWO实验结果显示仿真结果和优化结果非常吻合,说明该电路模型在很宽的频率范围内都非常准确。基于GP优化设计方法,设计了一个0.18μm CMOS工艺的30GHz环形SWO阵列,后仿结果显示振荡频率为30.35GHz,相位噪声为-101.86dBc/Hz@1MHz,振荡幅度0.25V,功耗161mW,整个芯片面积为800×990μm2,符合最初设计要求。该优化设计方法完全适用于今后在0.13μm CMOS工艺上设计实现60GHz的环形SWO阵列。文章第二部分仿真了一种“TE101-λ/4”功率合成结构,该结构能将多个差分功率放大器的λ/4谐振器能量耦合到工作于TE101模的矩形空腔谐振器输出。这种结构可在封装层面上实现,降低损耗,大大提高谐振器品质因素。这部分文章首先详细分析了λ/4通孔传输线谐振器和矩形空腔谐振器的工作原理和设计方法以及他们之间的耦合方式。最后应用电磁仿真软件设计了一个60GHzλ/4通孔传输线谐振器、一个60GHz矩形空腔谐振器、一个60GHz“TE101-λ/4"功率合成结构的实例,验证了方案的可行性。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN40

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