射頻集成前端關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、射頻集成前端在無線通信、軍用雷達、能源探測，生物醫(yī)療，安全防護，空間遙感以及天文觀測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著微波低頻段頻譜資源日益緊張，前端電路進而轉(zhuǎn)為到更高的毫米波，亞毫米頻段發(fā)展，相關(guān)的射頻系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。毫米波，亞毫米頻段的射頻系統(tǒng)具有更寬的帶寬資源，更高的分辨率，更小的體積，憑借其資源帶寬上的優(yōu)勢使得世界各國競相開展相關(guān)技術(shù)的研究。
　　亞毫米波由于自身的物理特性和寬帶的頻譜資源，使得其在高速無線通信，雷達等領(lǐng)域存在巨大的

2、應(yīng)用潛力。亞毫米波射頻集成前端是實現(xiàn)亞毫米波信號收發(fā)的基礎(chǔ)硬件電路平臺，其電路的實現(xiàn)涉及微波，毫米波以及亞毫米波多個頻段的頻率變換和能量轉(zhuǎn)換，是一門綜合性的集成技術(shù)，對亞毫米波技術(shù)的應(yīng)用推廣具有基礎(chǔ)決定性作用。本論文針對這一應(yīng)用需求，圍繞著亞毫米波射頻集成前端中的幾個關(guān)鍵技術(shù)：包括亞毫米波HEMT器件模型與電路，毫米波功率合成/功分及毫米波倍頻源展開研究，為后續(xù)亞毫米波前端收發(fā)系統(tǒng)的整體電路集成提供相關(guān)理論和技術(shù)基礎(chǔ)。具體研究內(nèi)容包括以

3、下幾個方面：
　　1.以HEMT器件工作原理為基礎(chǔ)，選擇合適的小信號等效電路模型拓撲，并從理論上詳細分析了模型各參數(shù)的提取方法。針對在亞毫米波頻段直接建立HEMT器件模型所面臨的測試S參數(shù)誤差大、重復(fù)性差的缺點，本文采用外推法建模解決這一問題。通過增加晶體管的截止頻率與最大振蕩頻率做為新的約束參量，以提高外推建模的精確性，并采用兩組HEMT器件的測試S參數(shù)對外推建模方法進行了驗證。
　　2.以矩形波導(dǎo)與平面?zhèn)鬏斁€之間的轉(zhuǎn)換電

4、路為出發(fā)點，研究寬工作頻帶、多合成路數(shù)的毫米波功率合成網(wǎng)絡(luò)。提出了波導(dǎo)-帶狀線、波導(dǎo)-懸置帶線、波導(dǎo)-接地共面波導(dǎo)，波導(dǎo)-基片集成波導(dǎo)四種寬帶轉(zhuǎn)換電路，并將波導(dǎo)-接地共面波導(dǎo)轉(zhuǎn)換電路應(yīng)用于兩路波導(dǎo)功率合成。另外，所提出的基于波導(dǎo)-基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換電路的四路波導(dǎo)功率合成網(wǎng)絡(luò)具有工作頻帶寬，損耗低，結(jié)構(gòu)緊湊，散熱好的優(yōu)點，可以用于毫米波多路功率合成放大電路中。
　　3.實現(xiàn)了多種性能優(yōu)異的波導(dǎo)功率分配器。針對傳統(tǒng)波導(dǎo)功率分配器存在工作

5、帶寬窄、隔離度差的缺點，本文提出將具有高隔離度、寬頻帶優(yōu)點的平面功分器與金屬矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)相結(jié)合實現(xiàn)高隔離度，寬頻帶毫米波波導(dǎo)功分器。相對于傳統(tǒng)E面波導(dǎo)功分器單一異相輸出的特點，本文提出的E面波導(dǎo)功分器能夠分別實現(xiàn)同相和異相輸出，這為實際應(yīng)用提供了更多的靈活度。同時，該同相/異相波導(dǎo)功分器都具有寬工作帶寬，高隔離度以及良好的端口輸入輸出匹配特性。
　　4.實現(xiàn)了低相位噪聲毫米波倍頻源。首先提出了一種基于基片集成波導(dǎo)(SIW)雙模濾波

6、器的振蕩器，濾波器作為振蕩器反饋環(huán)路的選頻單元，調(diào)節(jié)雙模濾波器兩個模式(TE102和TE201)的諧振頻率使濾波器的通道邊緣形成高群時延峰，基于此高群時延峰設(shè)計的振蕩器，其相位噪聲性能得到了顯著提高。另外，采用背靠背雙工器結(jié)構(gòu)設(shè)計雙頻振蕩器，由于背靠背雙工器形成的兩個子通道相互隔離，能夠抑制兩個輸出信號頻率之間的非線性交調(diào)。采用功率合成技術(shù)提高毫米波三倍頻器的輸出功率。在這基礎(chǔ)之上，將低相位噪聲振蕩器與三倍頻器集成作為倍頻源輸出高質(zhì)量毫