有源一体化天线中放大器及MMIC数字移相器的研究

摘要

新一代移动通信系统IMT-Advanced的发展对天线及射频电路提出了更高的要求，亟需开展对高效节能有源一体化天线的研究，而高效节能的射频放大器的研制是关键技术之一。移相器作为雷达、MIMO通信及多波束控制系统中的关键器件，对整个系统性能的优劣有着直接的影响，而MMIC数字移相器具有体积小、重量轻、功耗低的特点在微波移相器的设计中显示出了极大的优势，MMIC数字移相器的研制已成为无线技术领域电控器件研究的热点之一。
　　鉴于以上放大器及移相器研究的重要性，本文主要进行了以下工作:
　　1.结合有源一体化天线重大专项课题的研究背景，设计了一款工作频段为2.55～2.65GHz的天线远端射频模块功率放大器，分别将AH314及MRF6S27015芯片应用于功放的推动级与功放级，进行了计算机仿真设计据此制作了功率放大器，测试结果表明功率放大器的S11＜-10dB(2.55～2.65GHz)，增益大于35dB，增益波动小于0.2dB，带内输出1dB压缩点功率均大于42dBm，功率放大器满足指标要求。
　　2.采用了Infineon公司的BGA925L6及Avago公司的ALM1412两款芯片，设计了一款直流功耗低、体积小、应用于GPS系统中的两级级联式低噪声放大器（工作频段为1575±3MHz）。低噪放测试结果表明在所需频段内S11＜-12dB，S22＜-8dB，增益为27.3±0.3dB，噪声系数小于0.64dB，直流电流小于15mA，满足设计指标要求。
　　3.应用数字移相器的设计理论及0.1μm pHEMT InGaAs工艺，设计制作了六位数字移相器芯片(35～36GHz)。仿真结果显示各主移相位输入端VSWR＜1.15，输出端VSWR＜1.34，插入损耗小于8.4dB，插损波动小于0.3dB，移相精度为:180°±2°，90°±0.5°，45°±0.2°，22.5°±0.2。，11.25°±0.1°，5.625。±0.3°。由于实物测试结果与仿真结果有较大偏差，通过分析找出了产生偏差的原因，提取了pHEMT开关在导通与截止状态下的等效电路模型并运用该模型进行了移相器的改进设计。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 MMIC移相器概述

1．1．1 MMIC概述

1．1．2 MMIC移相器

1．2 高效节能有源一体化天线

1．2．1 IMT-Advanced简介

1．2．2 有源一体化天线研究的必要性

1．3 GPS系统简介

1．4 论文安排

参考文献

第二章 MMIC数字移相器的设计

2．1 数字移相器的基本理论

2．1．1 移相器的主要技术指标

2．1．2 数字移相器的分类及比较

2．2 0．10μm pHEMT InGaAs工艺介绍

2．2．1 GaAs FET开关的工作原理

2．2．2 PP10-10 0．1μm InGaAs工艺简介

2．2．3 PP10-10工艺仿真模型分析

2．3 35~36GHz六位数字移相器芯片的设计

2．3．1 pHEMT开关的设计

2．3．2 移相器拓扑结构的选择

2．3．3 移相器仿真及版图设计

2．3．3 移相器实物测试

2．3．4 误差原因分析

2．3．5 移相器的改进设计

本章小结

参考文献

第三章 射频功率放大器的设计

3．1 射频功率放大器的基本理论

3．1．1 射频功率放大器的分类

3．1．2 功率放大器的主要性能指标

3．2 功率放大器的设计

3．2．1 设计指标要求

3．2．2 整体设计方案

3．2．3 后级功放设计

3．2．4 功率放大器推动级的设计

3．2．5 功率放大器整体测试

3．3 本章小结

参考文献

第四章 GPS系统中LNA的设计

4．1 低噪声放大器的基本理论

4．1．1 低噪声放大器的性能指标

4．2 低噪声放大器的设计

4．2．1 设计指标要求

4．2．2 整体方案设计

4．2．3 仿真及版图设计

4．2．4 实物测试

4．3 本章小结

参考文献

第五章 结论

致谢

攻读硕士学位期间的科研成果