K波段MMIC低噪声放大器与双向混频器的研究设计

摘要

低噪声放大器（LNA）和混频器是射频接收前端的两个关键模块，其对射频接收系统有着至关重要的影响。随着单片微波集成电路（MMIC）技术及工艺的发展，高性能射频前端的需求日益扩大，本文的研究工作采用MMIC技术，基于0.15μm GaAs工艺，研制了一种同时具有低噪声和高增益的K波段低噪声放大器电路和一种双向混频器电路。
　　本研究分析了低噪声放大器的基本理论。基于源极电感负反馈结构，针对LNA各个设计指标的要求，提出了一种改进的偏置网络和微带匹配网络的LNA电路，有效降低了噪声系数并提高了增益。论文完成了LNA整体电路的版图设计与ADS电磁仿真验证，仿真结果表明：所设计的LNA在工作频带21~24GHz内，噪声系数为1.7~1.97dB，增益可达23.5dB。其中偏置网络采用双电源供电，晶体管漏极使用并联电容-微带线的结构，为直流电源和放大器之间提供了良好的隔离，而栅极则用大电阻供电，节省了芯片的面积；在匹配网络的设计中，输入匹配网络采用最小噪声匹配，级间匹配采用共轭匹配，在保证电路得到低噪声的同时也取到较高的增益，通过单独调高第三级匹配网络的fT改善了整体电路的增益平坦度，增益平坦度为0.7dB。此外，通过在晶体管漏极添加小电阻提高了电路在低频时的稳定性，实现了在0~30GHz全频带内的绝对稳定。基于GaAs肖特基二极管，设计了一种无源双平衡MMIC混频器，该混频器可完成上下混频，从而实现分时收发共用。电路采用了环形二极管和Marchand巴伦结构，在获得良好变频损耗与隔离度的同时，减小了芯片的面积。电磁仿真结果表明：在中频频率为1.5GHz，LO功率为15dBm时，上下变频损耗为-8.5dB、-9dB，上下变频的线性度 P1dB点分别为10dBm、12.5dBm，三个端口之间的隔离度均小于-24dB，电路符合预期指标。

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第一章 绪论

1.1 MMIC的发展与应用

1.2 MMIC LNA的发展动态与研究意义

1.3 MMIC混频器的发展动态与研究意义

1.4 论文内容安排

第二章 MMIC元件的特性

2.1 有源器件

2.2 无源元件

2.3 本章小结

第三章 K波段MMIC低噪声放大器的设计

3.1 低噪声放大器的主要指标

3.2 噪声理论及优化

3.3 LNA的几种电路结构

3.4 K波段MMIC LNA的设计

3.5 MMIC LNA的版图及电磁仿真

3.6 本章小结

第四章 MMIC双向混频器的设计

4.1 混频器基本理论

4.2 混频器的几种结构

4.3 巴伦

4.4 一种改进的双向混频器的设计与仿真

4.5 本章小结

第五章 结论和展望

5.1 研究结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

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