论文题目：MMIC芯片宽带技术与大功率技术研究
摘要：微波单片集成电路具有体积小、批量生产成本低、可重复性和可靠性强等显著优势,经过几十年的发展,已经成为了通信,国防,航空航天等领域不可缺少的支柱。由于通信系统需要向高速率、高精度、高性能、多频带方向发展,使用微波单片集成电路技术制造的通信收发机不可避免地要向工作带宽更宽、输出功率更大的方向前进。因此,宽带技术与大功率技术成为了微波单片集成电路中亟待研究的问题。射频开关、低噪声放大器和功率放大器是收发机前端的重要组成部分,它们的性能表现在很大程度上影响了收发机的性能表现。本文针对射频开关、低噪声放大器和功率放大器三个重要模块从宽带和大功率两个角度展开研究,主要贡献如下:针对微波单片集成电路中的大功率技术,本文基于WIN PP15 Ga As p HEMT工艺设计了一款Ka波段大功率单刀双掷开关,开关主体采用了并联型堆叠式的结构,使开关的功率承受能力大大增加的同时拥有较低的插入损耗,流片后的测试结果显示,该开关具有小于1.4 d B的插入损耗以及高于32 d Bm的输入1 d B压缩点,是同频段同功率承受能力水平的开关中插入损耗表现名列前茅的开关。针对微波单片集成电路中的宽带技术,本文基于Sanan PP15LN Ga As p HEMT工艺设计了一款6-18 GHz宽带低噪声放大器,该放大器横跨C、X、Ku三个频段,增益带宽较宽且带内增益平坦,达到了产品级的要求,并且其整个频段的噪声系数均在1.3 d B以下,除此之外,该LNA还具有高于15 d Bm的输出功率;基于Sanan PP15LN Ga As p HEMT工艺设计了一款2-20 GHz宽带低噪声放大器,该放大器横跨S、C、X、Ku四个频段,带内增益也十分平坦,带内噪声系数小于2.5 d B。针对宽带技术和大功率技术,本文基于WIN NP15 GaN工艺设计了一款6-18GHz宽带高功率的功率放大器,该功率放大器的带宽较宽,且在带内具有高于41d Bm的饱和输出功率以及高于20%的功率附加效率,其带内的小信号增益也较为平坦。
关键词：MMIC;宽带放大器;大功率SPDT开关;负反馈
学科专业：物理学
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 射频开关
1.2.2 低噪声放大器
1.2.3 功率放大器
1.3 本文主要贡献与创新
1.4 本文的结构安排
第二章 理论基础
2.1 二端口网络理论
2.2 相关参数介绍
2.2.1 功率增益与插入损耗
2.2.2 隔离度与回波损耗
2.2.3 信噪比、噪声系数与灵敏度
2.2.4 输出功率与功率附加效率
2.2.5 非线性失真
2.3 放大器的结构
2.4 宽带技术与大功率技术前瞻
2.4.1 宽带技术
2.4.2 大功率技术
2.5 本章小结
第三章 Ka波段大功率开关设计
3.1 射频开关常见结构
3.2 晶体管的等效模型
3.3 晶体管模型的修正
3.4 Ka波段大功率开关的设计流程
3.5 Ka波段开关的仿真与测试结果
3.6 版图与实物照片
3.7 进一步探索
3.8 本章小结
第四章 宽带低噪声放大器的设计
4.1 6-18 GHz低噪声放大器的设计
4.1.1 晶体管的噪声来源
4.1.2 晶体管和偏置条件的选定
4.1.3 输入级电路的设计
4.1.4 输出级电路的设计
4.1.5 中间级匹配网络的设计
4.1.6 负反馈的设计
4.1.7 整体设计结果
4.1.8 版图仿真结果
4.2 2-20 GHz宽带低噪声放大器的设计
4.2.1 反馈结构的设计
4.2.2 最终版图与仿真结果
4.3 本章小结
第五章 高功率宽带功率放大器的设计
5.1 6-18 GHz高功率宽带功率放大器的设计
5.1.1 功率放大器结构的确定
5.1.2 晶体管的选取与偏置条件的确定
5.1.3 末级输出网络的设计
5.1.4 末级网络版图仿真结果
5.1.5 驱动级的设计
5.1.6 级间匹配网络的设计
5.1.7 输入匹配网络的设计
5.1.8 整版版图与仿真结果
5.2 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 今后的展望
致谢
参考文献