單片集成射頻微波功率放大器及開關(guān)的設(shè)計研究.pdf

1、無線通信是現(xiàn)代社會的重要組成部分，近年來，隨著商用通信和各種民用應(yīng)用的高速發(fā)展，傳輸信息量不斷擴大，各行業(yè)對無線通信系統(tǒng)的性能要求不斷提高。而傳統(tǒng)無線電頻譜低端波段趨于飽和，可用帶寬太窄，民用通信開始向高端頻段發(fā)展，如Ku、K、Ka甚至Q、U、V波段。其中，單片微波集成電路(MMIC)以其小型緊湊、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、批量生產(chǎn)、成本低及產(chǎn)品性能一致性好等特點，成為高性能無線系統(tǒng)設(shè)計制造最具吸引力的選擇。
　　 在無線通信收發(fā)

2、機系統(tǒng)中，功率放大器和開關(guān)是其關(guān)鍵器件。對于功率放大器，國內(nèi)的MMIC功率放大器研究很多集中在較低頻段，在較低頻段輸出功率較高，而在微波較高頻段，研究很少并且性能不高。本論文設(shè)計研究的Ka波段高功率高增益MMIC功率放大器芯片利用0.15μm GaInAs pHEMT功率工藝線，采用模塊化設(shè)計，其輸出匹配合成網(wǎng)絡(luò)除了綜合了匹配網(wǎng)絡(luò)、合成網(wǎng)絡(luò)、偏置網(wǎng)絡(luò)外，還具有一定的諧波抑制功能，芯片輸入輸出采用Lange耦合器，具有較好的端口匹配度。采

3、用合理的版圖布局，給出了功率放大器的版圖電磁場仿真結(jié)果，流片并進行了在片測試，其性能達到國際水平，在國內(nèi)高功率高增益毫米波MMIC功率放大器的研究領(lǐng)域處于較高水平，對于國內(nèi)下一代毫米波無線通信和裝備現(xiàn)代化具有現(xiàn)實意義。本論文還設(shè)計研究了一塊Ka波段中等功率MMIC功率放大器芯片，采用兩級級聯(lián)結(jié)構(gòu)，保證一定的輸出功率、增益的同時具有較高的效率。
　　 在無線通信的收發(fā)機中，高性能的開關(guān)用于發(fā)射通路和接收通路信號的選擇，其插入損耗、

4、功率容量等性能直接制約著整個系統(tǒng)的輸出功率、噪聲系數(shù)等性能。在現(xiàn)在無所不在的移動電話通信中，特別是如今的3G、4G應(yīng)用，收發(fā)機需要進行多種模式多個頻段的選擇，因而高性能的單刀多擲開關(guān)必不可少。本論文采用0.5μm GaAs pHEMT工藝設(shè)計了應(yīng)用于3G多模手機收發(fā)機中的低頻單刀九擲(SP9T)開關(guān)。對其拓撲結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新，提高了收發(fā)口間的隔離度，并提出提高導(dǎo)通控制電壓的方法來增加開關(guān)的功率容量，減小非線性。對于高頻無線通信收發(fā)機的開關(guān)應(yīng)

5、用，本論文討論分析了寄生效應(yīng)對高頻開關(guān)性能的影響，采用0.15μm GaInAs pHEMT工藝線設(shè)計了Ka波段單刀雙擲(SPDT)開關(guān)，結(jié)構(gòu)中采用在晶體管柵源、柵漏間并聯(lián)電容的并聯(lián)諧振法來提高開關(guān)隔離度。文中給出了SP9T開關(guān)的測試結(jié)果，性能優(yōu)良，SPDT開關(guān)已成功流片。
　　 此外，本論文還對無線通信系統(tǒng)收發(fā)機中的其他部件進行了設(shè)計研究，包括基于0.13μm SiGe BiCMOS工藝的單級超寬帶LNA、兩級超寬帶LNA、寬