微波单片宽带放大器设计研究

摘要

论文对微波单片集成电路(MMIC)宽带放大器的设计进行研究，给出了MMIC宽带放大器设计的原理和方法。首先介绍MMIC的背景、国内外研究动态及MMIC的优势。接着对设计中用到的赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)结构特点、小信号等效电路模型、大信号非线性电路模型进行了讨论。重点讨论MMIC宽带放大器的设计方法：在分析设计指标后，提出合理的拓扑结构，偏置稳定电路及简单实用的匹配网络，并使用Agilent ADS软件对电路进行优化仿真。 本文设计的6～20GHz宽带MMIC中等功率放大器，利用0.25μm PowerPHEMT工艺模型。采用两级放大，第一级PHEMT栅宽为4×35μm，第二级PHEMT为4×70μm。放大器两级均采用5V漏极单电压自偏置负反馈A类工作方式，以获得最小的线性失真和最优的输出功率。在6~20GHz的工作频带内，两级放大器的小信号增益为18.0dB，增益平坦度±0.2dB，典型噪声系数3.7dB，输入电压驻波比和输出电压驻波比均小于1.7，1dB压缩输出功率达到18.5dBm，符合设计指标要求。 本文另外设计的一个3.5～7GHz的宽带MMIC低噪声放大器.利用0.25μmPHEMT低噪声工艺。采用两级放大，3V漏极单电压自偏置工作方式。在3.5～7GH工作频带内，两级放大器小信号增益大于15.5dB，增益平坦度为±0.5dB，典型噪声系数小于1.8dB，输入电压驻波比和输出电压驻波比均小于1.7，符合设计指标要求。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1 MMIC技术概述

1.2 MMIC技术发展动态

1.3 MMIC的特点及应用

1.4本文研究内容及章节安排

第二章MMIC器件及模型

2.1工艺线的选择

2.1.1 UMS工艺线简介

2.1.2 PHEMT工艺流程介绍

2.2无源元件模型分析

2.2.1螺旋电感

2.2.2 MIM电容

2.2.3电阻

2.2.4微带线

2.2.5 通孔

2.3 PHEMT器件模型

2.4 小结

第三章MMIC宽频带放大器设计

3.1 宽频带放大器基本电路结构

3.1.1反馈式放大器

3.1.2分布式放大器

3.1.3有源匹配式放大器

3.1.4有损耗匹配放大器

3.1.5平衡式放大器

3.1.6宽频带放大器性能比较

3.2 MMIC的CAD设计

3.3 小结

第四章6～20GHz宽带单片中等功率放大器设计

4.1 MMIC功率放大器概述

4.2功率放大器主要技术指标

4.3 MMIC宽带中等功率放大器性能指标的提出

4.4总体技术考虑和设计方案

4.5 MMIC功率放大器芯片设计、仿真、优化

4.5.1确定PHEMT栅指个数和栅宽

4.5.2直流工作点的确定和偏置网络的设计

4.5.3晶体管稳定性分析

4.5.4匹配电路设计

4.5.5负反馈网络设计

4.5.6版图设计

4.5.7ADS仿真结果及分析

4.6小结

第五章3.5～7GHz宽带单片低噪声放大器设计

5.1 MMIC低噪声放大器基本特性

5.2 MMIC低噪声放大器性能指标

5.3 MMIC低噪声放大器芯片设计、仿真、优化

5.3.1 栅宽的选取及直流偏置电路

5.3.2 LNA MMIC稳定性分析

5.3.3 匹配电路设计

5.3.4 芯片版图

5.3.5 ADS仿真结果

5.4 小结

第六章总结

参考文献

致谢

攻读硕士期间取得的研究成果