GaN基X波段低噪声放大器与E/D模电平转换电路研究与设计实现

摘要

低噪声放大器(LNA)和移相器在射频接收机中位于雷达系统接收机的前端,其对射频接收系统的性能具有决定性的作用。随着氮化镓(GaN)基器件和微波集成电路技术(MMIC)工艺的发展成熟,GaN基 LNA和移相器的需求大大增加。本文的研究工作就是基于 MMIC技术,研制了 GaN基 X波段 LNA和用于控制 GaN基移相器的 GaN基 E/D模电平转换电路。在整个设计低噪声放大器过程中,采用了一种新的设计思路,降低了电路设计从原理图转向版图的过程中的性能误差。在 GaN基 E/D模电平转换电路的过程中,提出了一种在现有工艺下可以实现的电路结构,较好地满足了设计要求。
　　论文分析了 MMIC中无源平面螺旋电感的非理想效应,设计了电感量从0.4nH到7.1nH的15个平面螺旋电感。完成了 X波段8~12GHz频段内 GaN基 LNA的设计,确定了电路整体拓扑结构,分析了管子的稳定性,完成了电路的偏置网络、匹配网络等,并完成原理图的仿真。然后将原理图中的电感换成所设计的平面螺旋电感,对电路进一步调节,进一步得到电路的原理图,最后实现了 LNA的版图,并对版图进行了后仿。版图面积为2mm*0.9mm,电路增益 S21不小于15.291dB;带内增益摆幅小于1dB;噪声系数不大于2.6dB。
　　论文分析了设计 GaN基 E/D模电平转换电路现有的条件,提出了能在现有工艺条件下可实现的电路结构,经仿真验证了结构的正确性。对电路进行了带负载能力的测试,并设计了电路的输入端保护电路,最后设计了 GaN基 E/D模电平转换电路的版图。

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第一章 绪论

1.1 低噪声放大器研究进展

1.2 电平转换电路研究进展

1.3 论文的主要内容

第二章 AlGaN/GaN HEMT 器件基础

2.1 AlGaN/GaN HEMT 器件基础

2.2 GaN 基增强型器件与实现工艺

2.3 AlGaN/GaN HEMT 器件小信号等效电路模型

2.4 HEMT 器件的噪声模型

2.5 小结

第三章 GaN 基 MMIC 无源器件与平面螺旋电感设计

3.1 GaN 基 MMIC 中的无源器件

3.2 GaN 基 MMIC 平面螺旋电感模型与损耗分析

3.3 GaN 基 MMIC 平面螺旋电感设计

3.4 小结

第四章 GaN 基 X 波段低噪声放大器设计

4.1 低噪声放大器理论基础

4.2 GaN 基 X 波段低噪声放大器前仿真

4.3 GaN 基 X 波段低噪声放大器版图实现与后仿真

4.4 小结

第五章 GaN 基 E/D 模电平转换电路设计

5.1 GaN 基 E/D 模电平转换电路设计

5.2 GaN 基 E/D 模电平转换电路特性仿真与优化

5.3 限幅保护电路的设计

5.4 GaN 基 E/D 模电平转换电路版图设计

5.5 小结

第六章 结束语

致谢

参考文献

研究成果