高功率Ka波段功率放大器芯片设计

摘要

单片微波集成电路（MMIC）具有电路损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、附加效率高等一系列优点，并可缩小电子设备的体积、减轻重量、价格也可降低不少，这些优点对军用电子装备和民用电子产品都十分重要。本文所讨论的高功率 Ka波段微波放大器芯片采用MMIC的方式来实现，主要应用于机载相控阵雷达的T/R组件上，是构成机载相控阵雷达T/R组件的重要部件。
　　根据 MMIC发展趋势以及国内实际情况，论文采用多级、多路合成的方法设计了Ka频段MMIC功率放大器，并针对Ka频段单片功率放大器展开了研究，包括对制造工艺的有源器件和无源元件的介绍分析、晶体管热设计、电路拓扑的选取、匹配电路和偏置电路的形式。最后在版图调整规则下，对电路进行了仿真，确定了最终电路版图。
　　论文实际利用0.13μm GaAs pHEMT工艺实现了一个频带宽度为2GHz的单片高功率放大器的仿真设计。设计好的电路分为三级，每级单路pHEMT的尺寸都是14×50μm，芯片版图面积为3mm×6.2mm。放大器都采用dsV=6V，gsV=-0.5V正负偏压A类工作方式，以获得最小的线性失真和最优化的输出功率。在30GHz－32GHz工作频段内，小信号增益大于13dB，输入输出驻波系数都小于3，功率附加效率PAE的值大于15％，1dB压缩点输出功率达到31dBm，饱和输出功率达到33dBm。

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缩略词表

第一章 绪论

1.1 MMIC特点及其应用

1.2 Ka波段MMIC功率放大器芯片的国内外研究动态

1.3 本论文主要的研究内容

第二章 MMIC工艺与功率放大器设计技术

2.1 设计采用的工艺

2.2 MMIC功率放大器设计技术

2.3 MMIC功率放大器CAD设计

第三章 有源器件热设计

3.1 数值仿真

3.2 Ansys建模仿真

第四章 电路与版图的设计与仿真

4.1 单级功放电路的设计与仿真

4.2 功率分配/合成网络设计

4.3 整体电路设计

4.4 版图设计与电路仿真

第五章 总结

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果

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