基于SiGe工藝的W波段三倍頻器的設計研究.pdf

1、隨著無線技術的快速發(fā)展，頻譜資源變得日益可貴，毫米波頻段逐漸引起人們的重視，其中W波段已成為當前研究熱點。一方面，SiGe BiCMOS工藝由于精度高、尺寸小和可靠性高等優(yōu)點而廣泛應用于毫米波器件或系統(tǒng)設計中，因此，基于該工藝設計W波段器件和系統(tǒng)具有非?？捎^的前景。另一方面，三倍頻器是毫米波信號鏈路中的重要器件，對整個系統(tǒng)有著重要作用。因此，本文將基于0.13μm SiGe BiCMOS工藝對W波段三倍頻器進行具體的研究與設計。本文主要

2、工作如下：
　　第一章簡要回顧了毫米波單片微波集成電路的研究背景及發(fā)展現(xiàn)狀，簡要介紹了毫米波單片微波集成電路工藝，簡要總結了W波段倍頻器的發(fā)展現(xiàn)狀。
　　第二章詳細論述了二極管和三極管的非線性倍頻理論，并對這兩種倍頻器件的單管和單平衡兩種倍頻結構的工作機理進行了具體的分析。通過對比發(fā)現(xiàn)：三極管倍頻相對于二極管倍頻而言，其性能更好，靈活性更高且應用范圍更廣，因此本文中所有設計皆采用三極管倍頻。
　　第三章設計了幾種倍頻器

3、所需的無源器件：W波段濾波器應用于單管倍頻器中，它采用了四階1/4波長階躍阻抗諧振器(SIR，stepped impedance resonator)加源負載耦合的形式，在通帶外產(chǎn)生了四個零點，該結構克服了芯片級濾波器尺寸太大的難題，并通過調(diào)整低頻阻帶抑制來增加倍頻器基波和高次諧波抑制；Ka和W波段巴倫應用于單平衡倍頻器中，它利用工藝的多層結構并采取類似于螺旋電感的結構來降低其設計尺寸，并在設計中采用了補償線的方法來降低其相位不平衡度，

4、同時該巴倫也兼顧了帶寬大和插損低兩大優(yōu)勢。
　　第四章在分析SiGe工藝器件模型的基礎上，對三種三倍頻器的設計進行了詳細的分析，并利用射頻仿真軟件對其進行了完整的仿真驗證。在偏置點的選取上，本次設計不僅給出了理論分析依據(jù)，并且利用仿真軟件直接提取偏置點相關參數(shù)，理論與仿真相結合，使得設計更加可靠；其次，本次設計采用了負載牽引的方法來提取三次倍頻器的源和負載最佳阻抗點，從而可以得到最大的三次諧波輸出功率。
　　第五章主要設計了

5、三種三倍頻器的版圖，并簡要介紹了本次設計的工藝流程和測試方法，該版圖設計嚴格遵從工藝要求，最終版圖已經(jīng)符合加工要求。其版圖部分仿真結果如下：在輸入功率都為0dBm的情況下，單管倍頻器在80~90GHz的帶寬內(nèi)插損為小于6.5dB，其3dB帶寬可達22GHz以上，一次、二次諧波抑制度(這里的諧波抑制度是指諧波與輸入基波功率之比)均大于25dB；單平衡倍頻器在80~90GHz的帶寬內(nèi)插損為小于4.5dB，其3dB帶寬可達30GHz以上，一次