相控阵雷达中数字移相器的设计

摘要

T/R组件是相控阵雷达的重要组成部分，主要包括低噪声放大器(LNA)、功率放大器(PA)、衰减器、射频开关以及移相器等模块。移相器作为其中重要的组成部分，它的性能将直接影响系统的整体性能。国外移相器的发展无论是在技术还是在工艺方面都比国内移相器发展成熟，高稳定性、高可靠性以及低成本逐渐成为移相器的发展趋势。
　　本课题设计了两款X波段的数字移相器，均表现出良好的性能。文中首先对T/R组件的背景以及移相器的研究意义进行阐述，并对无源开关控制器件进行原理描述，为选用MOSFET晶体管提供了有利依据。随后分析了常用移相器的结构特点和工作原理，对比了开关线型移相器、加载线型移相和高通低通滤波器型移相器，决定小度数相移单元采用低通结构，大度数相移单元采用高通低通滤波器型结构来实现设计，在给定的工作范围内表现出稳定的频率响应，各方面性能表现良好。
　　本设计分别基于UMC0.18μm CMOS工艺和IBM0.18μm BiCMOS工艺进行设计仿真、版图绘制及流片工作，采用Candence软件进行模拟，电路用5个移相单元模块，分别是11.25°、22.5°、45°、90°和180°，以11.25°为步长，实现32种相移状态。结果表明，在9.4GHz-10.6GHz的工作频带内，带宽1.2GHz，插入损耗14dB，幅度波动0.5dB，移相精度5°，达到了设计指标要求。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 相控阵雷达T／R组件简介

1．2 移相器研究背景和意义

1．3 论文的内容安排

第二章 半导体开关控制器件

2．1 PIN二极管

2．1．1 PIN二极管的工作原理

2．1．2 PIN二极管的开关模型

2．1．3 PIN二极管的主要参数

2．2 肖特基二极管

2．3 MOS场效应管

2．3．1 MOSFET的机构

2．3．2 MOSFET的基本工作原理

2．3．3 MOSFET的偏置电路

2．3．4 MOS管的开关原理

2．4 MEMS开关

第三章 移相器的基本原理

3．1 移相器的基本原理

3．2 移相器主要指标

3．3 移相器的结构和分析

3．3．1 开关线型移相器

3．3．2 加载线型移相器

3．3．3 高低通型滤波器型移相器

第四章 数字移相器基本单元的设计

4．1 移相器设计前的准备工作

4．2 MOS晶体管和双极型(bipolar)晶体管的比较

4．3 基于CMOS工艺移相器的设计

4．3．1 11．25°、22．5°、45°和90°移相器的仿真与优化

4．3．2 180°移相器的仿真与优化

4．3．3 5位相移单元级联的仿真与优化

4．4 基于BiCMOS工艺移相器的设计

4．4．1 11．25°、22．5°和45°移相器的仿真与优化

4．4．2 90°和180°移相器的仿真与优化

4．4．3 5位相移单元级联的仿真与优化

第五章 移相器的版图设计与测试

5．1 版图设计规则

5．2 两种工艺下的移相器设计

第六章 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢