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《中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所)》 2007年
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非线性微波单片集成电路和新型平面微波无源电路研究

顾建忠  
【摘要】: 本文介绍了微波单片集成电路(MMIC)的历史、发展概况和今后的趋势,叙述了微波单片集成电路中无源器件的工艺,分别分析电阻、电容和电感的等效电路。对于有源电路的介绍着重于大信号工作状态下的非线性特性,分析赝配高电子迁移率晶体管(pHEMT)三个不同的工作区。 在非线性模型的基础上,利用pHEMT的线性工作区设计电阻型场效应管混频器,源漏极之间无直流偏压,沟道电阻为压控电阻。分析电阻型场效应管混频器基本特性原理之后,比较三种基本拓扑混频器的优缺点。设计了26GHz~40GHz单平衡场效应管下变频器,采用Lange耦合器提供两路信号,降低了本振泄露和反射系数,并分析了90°单平衡场效应管的混频器拓扑。此类90°单平衡混频器只适合下变频,如果需用作上变频,必须加中频Balun。设计和测试了6GHz~18GHz双平衡电阻型场效应管混频器,单片集成三个无源Balun,提高了端口之间的隔离度。并分析适用于微波单片集成电路的微带Marchand Balun的传输矩阵,提出螺旋微带三线耦合的Balun结构,并应用在单片混频器的设计中。 介绍微波功率晶体管的结构和设计,重点分析A类放大器的工作原理。根据非线性模型,采用谐波平衡的仿真方法设计基于0.25um GaAs pHEMT工艺的32GHz~36GHz单片毫米波功率放大器。功率放大器采用4级放大,树状功率合成网络,末级是4个晶体管并联并按负载牵引匹配,在单片上获得尽可能大的功率输出。采用矢量网络分析仪和直流脉冲分别测试功率放大器的小信号特性和大信号下的输出功率。 本文分析微带谐振单元(CMRC)的结构、特性和原理,对比研究三种不同形状的微带谐振单元,分析CMRC传输线的禁带和慢波特性。以螺旋微带谐振单元为例,提出了分布的等效电路模型,根据等效电路模型分析了螺旋微带谐振单元的奇偶模特性阻抗,用于指导电路设计。针对微带谐振单元的不足,提出改进型微带谐振单元。运用开路线、微带电容负载等扩大微带谐振单元的禁带,改进低频通带内的性能,提高慢波因子。应用光子晶体的理论,以微带谐振单元为基础设计周期结构的微带谐振单元传输线。 在改进型微带谐振单元的基础之上,将其应用到平面传统微带电路中并取得良好的效果:组合不同禁带的微带谐振单元构成频率选择微带线;应用微带谐振单元作为带通滤波器的馈线,抑制带通滤波器的寄生谐波响应;应用微带谐振单元构造宽禁带的低通滤波器,同时减小了低通滤波器的面积;利用开路线负载的微带谐振单元作为电臂设计的功分器,在抑制2阶和3阶谐波的同时减小了功分器面积;将开路线负载的微带谐振单元应用到混合环耦合器和分支线耦合器中,不仅缩小了传统混合环耦合器的面积,同时抑制了高次谐波。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TN492;TN454

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【引证文献】
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1 吴亮;侯阳;李凌云;钱蓉;孙晓玮;;毫米波宽带多功能芯片研制[J];电子测量与仪器学报;2009年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 吴亮;侯阳;李凌云;钱蓉;孙晓玮;;毫米波宽带多功能芯片研制[A];2009安捷伦科技节论文集[C];2009年
2 吴亮;侯阳;李凌云;钱蓉;孙晓玮;;毫米波下变频SOC的研制[A];2009年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2009年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 顾建忠;张健;喻筱静;钱蓉;李凌云;孙晓玮;;基于0·25μm GaAs PHEMT工艺的32GHz毫米波单片功率放大器[J];半导体学报;2006年12期
2 顾建忠;林水洋;王闯;喻筱静;孙晓玮;;基于补偿型微带谐振单元的一维光子带隙结构[J];物理学报;2006年08期
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【共引文献】
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2 黄清华;刘训春;郝明丽;张宗楠;杨浩;;2dB噪声系数的Ka波段宽带高增益单片低噪声放大器(英文)[J];半导体学报;2008年08期
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4 吴亮;侯阳;李凌云;钱蓉;孙晓玮;;毫米波宽带多功能芯片研制[J];电子测量与仪器学报;2009年S1期
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1 吴亮;侯阳;李凌云;钱蓉;孙晓玮;;毫米波宽带多功能芯片研制[A];2009安捷伦科技节论文集[C];2009年
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3 王记平;文光俊;金海焱;;2W级Ka波段毫米波功率放大器设计[A];中国通信学会第六届学术年会论文集(上)[C];2009年
4 吴亮;侯阳;李凌云;钱蓉;孙晓玮;;毫米波下变频SOC的研制[A];2009年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2009年
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2 王闯;钱蓉;孙晓玮;;紧凑型K波段单级反馈式MMIC中功率放大器[J];半导体学报;2006年06期
3 王闯;钱蓉;孙晓玮;;高增益K波段MMIC低噪声放大器[J];半导体学报;2006年07期
4 顾建忠;张健;喻筱静;钱蓉;李凌云;孙晓玮;;基于0·25μm GaAs PHEMT工艺的32GHz毫米波单片功率放大器[J];半导体学报;2006年12期
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6 孙晓玮;林水洋;;60GHz宽带无线通信射频芯片研究进展[J];固体电子学研究与进展;2008年01期
【二级引证文献】
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1 靳钊;庄奕琪;乔丽萍;刘伟峰;肖磊;;满足链路时序的RFID低功耗基带处理器[J];电子测量与仪器学报;2011年04期
【二级参考文献】
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10 杨浩;黄华;郝明丽;陈立强;张海英;;Ka波段单片低噪声放大器[J];电子器件;2007年04期
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1 骆新江;杨瑞霞;吴敬峰;周晓龙;姜霞;刘岳巍;;一种新型宽带微波单片功率放大器[A];2007'仪表,自动化及先进集成技术大会论文集(一)[C];2007年
2 王春阳;黄国兰;郑建立;;用伏特拉级数法分析GaAs FET功率放大器[A];1991年全国微波会议论文集(卷Ⅱ)[C];1991年
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10 衷洁;;具有输出电平选择和ALC功能的线性功率放大器[A];1997年全国微波会议论文集(上册)[C];1997年
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