Ka波段GaAs PHEMT单片功率放大器的设计

摘要

单片微波集成电路(MMIC)具有电路损耗小、输出功率大、工作频带宽、噪声小系数、动态范围大等优点。与传统的混合微波集成电路相比又具有一致性强、可靠性高、芯片体积小等优势,在军事和民用领域都有着广泛的应用。本文讨论的Ka波段单片功率放大器采用单片微波集成电路的方式实现,是构成有源相控阵雷达发射/接收组件的重要组成部分。
　　论文首先完成了Ka波段单片功率放大器国内外研究情况的调研,针对包括MMIC有源器件和无源器件、MMIC工艺流程以及MMICCAD设计流程等MMIC相关理论和工艺展开了分析,同时对功率放大器设计理论进行了回顾。接着探讨了设计过程中器件栅宽栅指数的选择、晶体管的热分析、偏置电路以及匹配电路形式的选择等,完成了单级电路的设计。根据单级电路的性能,采用四级级联、一次功率合成的方式设计了Ka波段单片功率放大器。根据具体的系统指标结合工艺线的特点确定了整体电路的拓扑结构。利用微波仿真软件ADS完成了整体电路原理图仿真,根据元器件以及走线规则的版图调整规律进行了版图调整,确定了最终版图。
　　最终设计的Ka波段单片功率放大器符合设计指标要求,饱和输出功率大于28dBm,小信号增益为31±1dB,输入输出驻波比小于3,最终的版图面积为3.7×1.7mm2。

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1．绪论

1.1 MMIC的研究背景

1.2 本课题的现实研究意义

1.3 本研究课题的国内外现状

1.4 本文研究的主要内容

2.MMIC基础及放大器设计理论

2.1 MMIC器件模型

2.2 MMIC工艺及设计流程

2.3功率放大器芯片设计理论

2.4 本章小结

3. 单级电路的设计

3.1直流偏置电路的设计

3.2器件栅宽栅指的选择

3.3晶体管的热分析

3.4晶体管稳定性分析

3.5匹配电路设计

3.6单级放大电路整体仿真

3.7 本章小结

4. 总体电路设计

4.1 MMIC功率放大器的设计方案

4.2电路的总体结构

4.3 威尔金森功分器设计

4.4 整体电路设计

4.5 本章小结

5. 版图设计

5.1 无源器件的版图仿真

5.2 走线规则的版图仿真

5.3 偏置电路的版图仿真

5.4 单级电路的版图仿真

5.5 整体电路的版图仿真

5.6 本章小结

6. 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献

附录