微波-毫米波系統(tǒng)前端關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信以及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)的容量和傳輸速率的要求不斷提高。無(wú)線電頻譜的低端頻段已無(wú)法滿足現(xiàn)代通信的需求，因而研究高速率、寬頻帶的微波/毫米波通信系統(tǒng)已成為學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。收發(fā)機(jī)前端電路是無(wú)線通信系統(tǒng)的重要組成部分，包括天線、低噪聲放大器、功率放大器、混頻器、開(kāi)關(guān)等功能模塊。目前基于CMOS工藝設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的微波/毫米波前端電路因其具有價(jià)格低、集成度高等優(yōu)點(diǎn)而得到大家的青睞，具有廣泛

2、的應(yīng)用前景。然而，CMOS電路存在襯底損耗大以及性能易受工藝參數(shù)、供電電源、環(huán)境溫度等因素變化的影響（PVT，Process-Voltage-Tempreture）等問(wèn)題，這對(duì)微波/毫米波前端電路的元器件模型和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法提出新的要求和挑戰(zhàn)。圍繞這些問(wèn)題，從元器件建模技術(shù)與電路架構(gòu)兩方面展開(kāi)研究。研究了片上傳輸線和晶體管的精確建模方法，針對(duì)PVT波動(dòng)設(shè)計(jì)了自愈合功率放大器，針對(duì)CMOS襯底損耗大而設(shè)計(jì)了低損單刀雙擲開(kāi)關(guān)（SPDT，Sin

3、gle-Pole Double-Throw）、片上天線等前端關(guān)鍵模塊。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴分析了傳統(tǒng)頻率依賴型RLGC傳輸線模型、分?jǐn)?shù)階RLGC傳輸線模型及影響傳輸線性能的介質(zhì)損耗、輻射損耗、非準(zhǔn)靜態(tài)效應(yīng)等高頻效應(yīng)，提出了一種采用記憶依賴型導(dǎo)數(shù)概念對(duì)傳輸線進(jìn)行建模的方法?；赟MIC65nmCMOS工藝以及TSMC90 nm CMOS工藝分別設(shè)計(jì)共面波導(dǎo)測(cè)試結(jié)構(gòu)，通過(guò)在DC-67 GHz頻段內(nèi)的三種模型與測(cè)試的特征阻抗和S

4、參數(shù)結(jié)果對(duì)比表明，記憶依賴型RLGC傳輸線模型具有精度高、頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)。⑵基于非線性散射函數(shù)提出了一種新的非線性行為模型。通過(guò)穩(wěn)懋(WIN Semiconductors)工藝下的pHEMT器件(PP1010MS)對(duì)新模型進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，基于非線性散射函數(shù)的二次項(xiàng)擴(kuò)展模型能在不增加模型復(fù)雜度的同時(shí)，提高模型的精度。此外，基于新模型設(shè)計(jì)了一款工作在20 GHz的功率放大器，驗(yàn)證了該模型的有效性。⑶基于TSMC90 nmCMOS工藝設(shè)計(jì)了

5、一個(gè)具有自愈合功能的60 GHz功率放大器芯片。該功率放大器具有負(fù)載匹配網(wǎng)絡(luò)可調(diào)節(jié)以及輸出功率可檢測(cè)特性，理論分析與仿真結(jié)果驗(yàn)證了該架構(gòu)的功率放大器具有自我愈合的功能。⑷基于TSMC90 nm CMOS工藝設(shè)計(jì)了一款60GHz單刀雙擲開(kāi)關(guān)，在該設(shè)計(jì)中，創(chuàng)新性地提出了損耗補(bǔ)償機(jī)制的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，減少了串聯(lián)支路的寄生電容損耗，從而改善了開(kāi)關(guān)的插入損耗并提高隔離度。⑸在PCB(F4BM220)板上設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了S波段的CRLH-TL共面波導(dǎo)基諧振