Ka頻段收發(fā)信機(jī)單元電路單片集成電路研究.pdf

1、基于GaAs PHEMT(贗匹配型高電子遷移率管)工藝制作的微波/毫米波單片集成電路(MMIC)具有優(yōu)異的高頻特性、功率特性和低噪聲特性，因此被廣泛的應(yīng)用于毫米波通信系統(tǒng)、毫米波雷達(dá)系統(tǒng)等領(lǐng)域。本文設(shè)計(jì)了若干Ka頻段收發(fā)信機(jī)單元部件MMIC，通過(guò)商用的0.2μm GaAs PHEMT和0.15μm GaAs PPHEMT(功率PHEMT)工藝實(shí)現(xiàn)流片并完成測(cè)試。同時(shí)研究了多功能單元的集成技術(shù)、非線性穩(wěn)定性分析技術(shù)和提高單元電路穩(wěn)定性技術(shù)

2、。主要內(nèi)容如下：
　　 (1)研究了非線性穩(wěn)定性分析方法，并通過(guò)增加可變終端阻抗進(jìn)行了改進(jìn)，使仿真環(huán)境更接近于MMIC的實(shí)際使用情況，可得到更實(shí)際的仿真結(jié)果。
　　 (2)研究并完成了Ka頻段鏡頻抑制二次諧波低噪聲下變頻器芯片，該芯片實(shí)現(xiàn)了Ka頻段低噪聲放大(LNA)及鏡頻抑制平衡式混頻等多個(gè)功能單元的單片集成，面積僅為2mm×1.5mm。其中低噪聲放大單元采用兩級(jí)共源放大拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，偏置采用電阻分壓方式；鏡頻抑制平衡式混

3、頻單元采用小型化Marchand Balun和阻性PHEMT器件構(gòu)建偶次諧波混頻單元，并應(yīng)用Lange耦合電橋?qū)崿F(xiàn)鏡頻抑制混頻器的寬帶特性；同時(shí)，利用改進(jìn)的非線性穩(wěn)定性分析方法指導(dǎo)上述功能單元的級(jí)聯(lián)電路設(shè)計(jì)。測(cè)試表明，該芯片在整個(gè)30～40GHz頻段內(nèi)變頻損耗小于10dB，鏡頻抑制度大于15dB。
　　 (3)研究并完成了Ka頻段400mW功率放大器芯片的設(shè)計(jì)，該芯片采用片上功率合成技術(shù)，在35GHz處，小信號(hào)增益大于6dB，飽

4、和輸出功率大于26dBm。
　　 (4)研究并完成了Ka頻段瓦級(jí)功率放大器芯片的設(shè)計(jì)，該芯片采用片上功率合成、模擬負(fù)載牽引和改進(jìn)非線性穩(wěn)定性分析等技術(shù)實(shí)現(xiàn)，并在功放輸出端設(shè)計(jì)了一個(gè)低頻及諧波抑制電路，可有效抑制低頻振蕩和提高諧波抑制度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在28～31GHz范圍內(nèi)，小信號(hào)增益大于15dB，在28～29GHz范圍內(nèi)，飽和輸出功率大于30dBm。
　　 (5)研究了提高M(jìn)MIC中傳統(tǒng)CS/CG有源Balun寬帶相位