多频段超宽带MMIC数字移相器的研究

摘要

相控阵雷达以及无线移动通信MIMO(Multiple Input Multiple Output)技术的发展及在相关领域中的广泛应用，使得对波束控制所采用的关键器件移相器的体积、带宽、移相精度等技术性能提出了更高的要求。随着MMIC(Microwave Monolithic IntegratedCircuit)技术的快速发展，频带宽、体积小、重量轻、功耗低的MMIC数字移相器显示出了极大的优势，因此，对宽带高性能MMIC数字移相器的研究具有重要的意义及实际应用价值。
　　基于此课题本文完成的主要工作如下:
　　针对超宽带小型化移相器课题的要求，提出了反射型超宽带小型化数字移相器的电路设计方案。其结构主要包括3dB耦合器和反射电路两部分。针对3dB耦合器，研制了适用于MMIC的螺旋电感耦合单元级联的耦合器结构;针对反射电路，研制了开关切换串并联LC电路的反射电路结构，推导计算出了具有理想宽带特性的反射电路元件的参数值，且结构紧凑，性能良好。
　　针对0.15μm pHEMT InGaAs工艺，采用了ADS与Sonnet两种仿真软件联合仿真的方法，研究并实现了4～16 GHz四倍频程正交、反相两款MMIC数字移相器。实测结果与电磁仿真结果拟合良好，验证了反射型超宽带小型化数字移相器方案的合理和有效性。在此基础上，选择了开关线型与反射型两种电路拓扑结构，研究并实现了一款三倍频程六位MMIC数字移相器。对实物进行了实验研究，分析了造成实测结果与仿真结果的偏差原因，并对移相器结构和性能的改进提出了方向。该六位移相器结构紧凑，芯片占用面积小，相移平稳度较高。
　　研究了毫米波段(33～37 GHz)六位MMIC数字移相器，选定嵌入式开关滤波器型电路结构，给出了版图及电磁仿真结果。最后将电磁仿真结果与其它类似频段的MMIC移相器设计进行了比较，对比表明，该移相器具有面积小、相移精度高以及插损较低的优势。
　　研究了MMIC超宽带巴伦，设计了2.5～8 GHz和8～18 GHz两款MMIC超宽带巴伦，给出了版图及电磁仿真结果。该巴伦主要应用于天线或者RF系统中完成单双端转换的功能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 宽带微波单片集成电路(MMIC)概述

1．1．1 宽带MMIC的发展

1．1．2 宽带MMIC的应用

1．2 MMIC宽带数字移相器的发展

1．3 论文研究内容及意义

1．4 论文组织结构

参考文献

第二章 数字移相器的基本理论

2．1 数字移相器的分类和比较

2．1．1 开关线型数字移相器

2．1．2 加载线型数字移相器

2．1．3 反射型数字移相器

2．1．4 高／低通滤波器型数字移相器

2．1．5 嵌入式开关滤波器型数字移相器

2．2 反射型移相器的超宽带小型化方案

2．2．1 超宽带小型化3dB耦合器

2．2．2 超宽带反射电路

2．3 本章小结

参考文献

第三章 多倍频程宽带MMIC数字移相器的研究

3．1 pHEMT InGaAs基础工艺

3．1．1 0.15μm pHEMT InGaAs工艺介绍

3．1．2 0.15μm pHEMT InGaAs工艺仿真模型分析

3．1．3 GaAs FET开关的工作原理

3．1．4 pHEMT开关的设计

3．2 四倍频程宽带MMIC正交／反相数字移相器的研究

3．2．1 正交／反相移相器的拓扑结构

3．2．2 正交／反相移相器的版图设计及仿真优化

3．2．3 正交／反相移相器的实验研究

3．3 三倍频程宽带六位MMIC数字移相器的研究

3．3．1 六位主移相位单元的电路拓扑方案

3．3．2 六位主移相位单元的版图设计及仿真优化

3．3．3 六位主移相位单元的级联

3．3．4 三倍频程六位MMIC数字移相器的实验研究

3．4 本章小结

参考文献

第四章 毫米波段MMIC数字移相器的研究

4．1 毫米波段六位数字移相器的电路方案研究

4．2 六位主移相位单元的电路拓扑及版图设计

4．3 六位主移相位单元的级联

4．4 Ka波段MMIC数字移相器性能对比

4．5 本章小结

参考文献

第五章 MMIC超宽带巴伦的研究

5．1 巴伦的基本概念

5．2 超宽带巴伦电路拓扑的研究

5．3 MMIC超宽带巴伦的版图设计与仿真优化

5．4 本章小结

参考文献

第六章 总结与展望

6．1 本文工作的总结

6．2 后续工作的展望

致谢

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