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PHEMT MMIC宽带单片功率放大器设计研究

罗小勇  
【摘要】:随着微波通信技术的发展,人们对通信系统的要求越来越高,比如小型化、可靠性等,微波单片集成电路(MMIC)凭借小型紧凑、稳定性好、抗干扰能力强、批量生产成本低和产品性能一致性好等特点成为军事电子对抗及民用通信系统最具吸引力的选择。赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)具有增益、噪声、功率方面更加良好的特性,成为微波与毫米波单片集成电路和超高速数字集成电路领域最具竞争力的有源器件之一,当前,PHEMT MMIC 研究已经成为MMIC研究的一大热点。 作为系统的重要组成部分,MMIC 功率放大器在电子对抗、通信、相控阵雷达等领域具有广泛的应用价值,本文重点报导了“PHEMT MMIC 宽带单片功率放大器设计研究”工作,具体的研究内容摘要如下: 1.介绍了MMIC 的背景、国内外研究动态及应用,陈述了MMIC 相对于微波混合集成电路(MIC)的优势、前景及挑战,并对MMIC 的设计技术特点进行了简述。 2.研究了PHEMT 器件模型,明确了小信号、大信号模型参数的提取及模型建立。认识了PHEMT 有源器件工作特性、模型参数表征及器件模型的建立,简单介绍了MMIC 工艺流程。 3.对PHEMT MMIC 宽带单片功率放大器的特点、主要性能参数和设计技术进行了研究,并给出了两级MMIC 功率放大器的设计方法。 4.实际利用0.25 μmPHEMT 低噪声工艺模型实现了一个6 ~ 20GHz 宽带单片中等功率放大器的仿真设计。设计好的MMIC 功率放大器共两级,第一级PHEMT栅宽为6 ×30 μm,第二级PHEMT 为6 ×70 μm,芯片版图面积为1.29 mm ×0.94mm。放大器两级均采用3V 漏极单电压自偏置负反馈A 类工作方式,以获得最小的线性失真和最优化的输出功率。在6~ 20GHz 工作频带内,两级放大器小信号增益为19.5dB ,增益平坦度为±0.5dB,典型噪声系数为3.5dB ,输入电压驻波比≤1.7,输出电压驻波比≤2,20GHz 频率下1dB压缩输出功率达到18.2dBm 。仿真结果表明,论文提出的设计方法简单可行,实现了预期的设计指标要求。


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