單片集成射頻微波功率放大器及開關(guān)的設(shè)計(jì)研究.pdf_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

1、無線通信是現(xiàn)代社會(huì)的重要組成部分,近年來,隨著商用通信和各種民用應(yīng)用的高速發(fā)展,傳輸信息量不斷擴(kuò)大,各行業(yè)對(duì)無線通信系統(tǒng)的性能要求不斷提高。而傳統(tǒng)無線電頻譜低端波段趨于飽和,可用帶寬太窄,民用通信開始向高端頻段發(fā)展,如Ku、K、Ka甚至Q、U、V波段。其中,單片微波集成電路(MMIC)以其小型緊湊、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、批量生產(chǎn)、成本低及產(chǎn)品性能一致性好等特點(diǎn),成為高性能無線系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造最具吸引力的選擇。
   在無線通信收發(fā)

2、機(jī)系統(tǒng)中,功率放大器和開關(guān)是其關(guān)鍵器件。對(duì)于功率放大器,國內(nèi)的MMIC功率放大器研究很多集中在較低頻段,在較低頻段輸出功率較高,而在微波較高頻段,研究很少并且性能不高。本論文設(shè)計(jì)研究的Ka波段高功率高增益MMIC功率放大器芯片利用0.15μm GaInAs pHEMT功率工藝線,采用模塊化設(shè)計(jì),其輸出匹配合成網(wǎng)絡(luò)除了綜合了匹配網(wǎng)絡(luò)、合成網(wǎng)絡(luò)、偏置網(wǎng)絡(luò)外,還具有一定的諧波抑制功能,芯片輸入輸出采用Lange耦合器,具有較好的端口匹配度。采

3、用合理的版圖布局,給出了功率放大器的版圖電磁場(chǎng)仿真結(jié)果,流片并進(jìn)行了在片測(cè)試,其性能達(dá)到國際水平,在國內(nèi)高功率高增益毫米波MMIC功率放大器的研究領(lǐng)域處于較高水平,對(duì)于國內(nèi)下一代毫米波無線通信和裝備現(xiàn)代化具有現(xiàn)實(shí)意義。本論文還設(shè)計(jì)研究了一塊Ka波段中等功率MMIC功率放大器芯片,采用兩級(jí)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu),保證一定的輸出功率、增益的同時(shí)具有較高的效率。
   在無線通信的收發(fā)機(jī)中,高性能的開關(guān)用于發(fā)射通路和接收通路信號(hào)的選擇,其插入損耗、

4、功率容量等性能直接制約著整個(gè)系統(tǒng)的輸出功率、噪聲系數(shù)等性能。在現(xiàn)在無所不在的移動(dòng)電話通信中,特別是如今的3G、4G應(yīng)用,收發(fā)機(jī)需要進(jìn)行多種模式多個(gè)頻段的選擇,因而高性能的單刀多擲開關(guān)必不可少。本論文采用0.5μm GaAs pHEMT工藝設(shè)計(jì)了應(yīng)用于3G多模手機(jī)收發(fā)機(jī)中的低頻單刀九擲(SP9T)開關(guān)。對(duì)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新,提高了收發(fā)口間的隔離度,并提出提高導(dǎo)通控制電壓的方法來增加開關(guān)的功率容量,減小非線性。對(duì)于高頻無線通信收發(fā)機(jī)的開關(guān)應(yīng)

5、用,本論文討論分析了寄生效應(yīng)對(duì)高頻開關(guān)性能的影響,采用0.15μm GaInAs pHEMT工藝線設(shè)計(jì)了Ka波段單刀雙擲(SPDT)開關(guān),結(jié)構(gòu)中采用在晶體管柵源、柵漏間并聯(lián)電容的并聯(lián)諧振法來提高開關(guān)隔離度。文中給出了SP9T開關(guān)的測(cè)試結(jié)果,性能優(yōu)良,SPDT開關(guān)已成功流片。
   此外,本論文還對(duì)無線通信系統(tǒng)收發(fā)機(jī)中的其他部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究,包括基于0.13μm SiGe BiCMOS工藝的單級(jí)超寬帶LNA、兩級(jí)超寬帶LNA、寬

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