毫米波倍頻器的研究與設(shè)計(jì).pdf_第1頁(yè)
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1、隨著通信系統(tǒng)的工作頻率不斷向毫米波亞毫米波頻段的發(fā)展,要獲得穩(wěn)定性高和相噪特性良好的毫米波源變得至關(guān)重要。但是,直接獲得頻率很高的頻率源是比較困難的,而通過(guò)倍頻器可以基于頻率較低的信號(hào)源實(shí)現(xiàn)非常高的頻率源輸出。倍頻器的輸出是基波頻率的諧波頻率,這樣可以降低輸入信號(hào)的頻率,在工藝等各方面比較成熟的低頻段進(jìn)行。毫米波倍頻器是毫米波系統(tǒng)中常用的部件,它是頻率合成器和倍頻鏈等毫米波設(shè)備的關(guān)鍵模塊。近年來(lái),倍頻器也越來(lái)越多的用在毫米波超外差接收機(jī)

2、的本振源中。隨著倍頻器的應(yīng)用日益廣泛,國(guó)內(nèi)外對(duì)倍頻器的研究也越來(lái)越多。鑒于此,本文的主要研究?jī)?nèi)容是基于先進(jìn)的 GaAs工藝和成熟的硅CMOS工藝分別設(shè)計(jì)了兩種工作于60GHz頻段的二倍頻器。
  本文對(duì)毫米波倍頻器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研,綜述了毫米波倍頻器的發(fā)展及設(shè)計(jì),比較了各種常見(jiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)劣,并以此為基礎(chǔ)確定了本文基本的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);同時(shí)分析了有源倍頻理論;然后利用ADS Momentum和HFSS對(duì)傳輸線、電感等無(wú)源器

3、件進(jìn)行了電磁場(chǎng)仿真及優(yōu)化,為倍頻器的版圖設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。
  基于TSMC90nm CMOS工藝,本文設(shè)計(jì)了一種低功率超緊湊的毫米波二倍頻器。這個(gè)倍頻器采用有源晶體管來(lái)產(chǎn)生輸入基頻信號(hào)的諧波,并在輸出端抑制無(wú)用的信號(hào)。該倍頻器的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換損耗低、結(jié)構(gòu)緊湊、芯片面積小、電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)則檢查(DRC)、版圖與電路圖一致性檢查(LVS)之后,當(dāng)輸入頻率在27~33 GHz范圍內(nèi)時(shí),電路后仿真結(jié)果為:轉(zhuǎn)換損耗小于5 dB

4、,基波抑制超過(guò)25 dB。柵極偏置電壓為0.45 V和漏極偏置電壓為1.2 V時(shí),倍頻器的總直流功耗是9 mW。芯片面積(包含pad)為0.27 mm2。
  基于GaAs工藝,本文設(shè)計(jì)了一種輸出頻率為54~66 GHz的有源單端毫米波二倍頻器。對(duì)整體電路進(jìn)行了全波仿真,并實(shí)現(xiàn)了良好的性能。整體電路的全波仿真結(jié)果為:在工作頻帶27~33 GHz內(nèi),輸出功率大于0 dBm,變頻損耗小于5 dB,基波抑制大于15 dB,三次諧波抑制大

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