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《电子科技大学》 2008年
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Ka频段接收机部件单元单片集成电路设计

杨自强  
【摘要】: 微波/毫米波单片集成电路(MMIC)具有体积小、重量轻、可靠性高、稳定性好等优点,不仅在卫星通信、相控阵雷达系统、电子战等军事应用领域具有非常广泛的应用,而且在民用方面也有相当大的市场。PHEMT(赝匹配型高电子迁移率管)器件具有优异的高频特性、功率特性和低噪声特性,使之成为微波/毫米波单片集成电路领域中最有竞争力的有源器件之一。本文设计了若干Ka频段接收机部件单元单片集成电路,通过商用的0.2μm GaAs PHEMT工艺实现流片。主要研究内容摘要如下: (1)设计完成了Ka频段两级低噪声放大器芯片,工作频率为29-33GHz,实现增益大于10dB,噪声系数小于3.5dB。 (2)设计完成了Ka频段宽带低噪声放大器芯片,该芯片为四级放大结构,采用自给偏压设计,实现单电源1.8V供电,功耗仅为81mW,在整个Ka频段内增益大于18dB,噪声系数小于3.8dB。 (3)设计完成了Ka频段宽带镜频抑制混频器芯片,采用Lange Coupler等宽带电路实现混频器的宽带特性,在30-38GHz频率范围内,变频损耗小于12.6dB,镜频抑制度大于20.4dB。 (4)设计完成了Ka频段宽带四次谐波镜频抑制混频器芯片,采用Marchand Balun和阻性PHEMT器件构建偶次谐波混频单元,应用Lange Coupler等宽带电路实现混频器的宽带特性,首次实现了Ka频段四次谐波镜频抑制混频器芯片。同时该芯片采用了小型化设计技术,使芯片面积大大缩小,该芯片与国外二次谐波镜频抑制混频器芯片相比面积相当,甚至更小。该小型化技术也可应用于其它毫米波单片集成电路的设计中。 (5)设计完成了超宽带有源二倍频器芯片。该芯片由平衡式倍频器和放大器两部分组成。平衡式倍频器由有源Balun和两个FET倍频单元构成,实现了对奇次谐波的有效抑制。放大器由分布式放大器和两级共源放大器组成,实现宽带放大。该倍频器芯片输入频率为1.5-25GHz,工作带宽超过了4个倍频程,在输入频率为1.5-20GHz时,倍频增益大于0dB。该倍频器芯片可实现将微波信号倍频到Ka频段。 (6)微波/毫米波单片集成电路中的无源元件建模技术研究:将神经网络方法和电磁仿真相结合对Lange Coupler进行建模,所得模型具有和电磁仿真结果同样的准确度,但所需的计算时间却非常少,该模型可用于Lange Coupler电路的设计和优化。引入支持向量机回归方法对MIM(metal-insulator-metal)电容进行建模,该模型适合于大规模CAD优化过程中的在线使用,同时充分证明支持向量机回归方法在微波/毫米波无源电路建模方面的有效性。以上研究的两种建模方法也适用于其它微波/毫米波单片集成电路中无源元件建模。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TN851;TN402

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【引证文献】
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【同被引文献】
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