K波段MMIC多功能放大器芯片研制

发布时间：2017-07-27 12:07

  本文关键词：K波段MMIC多功能放大器芯片研制

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【摘要】：微波功率放大器和微波开关是有源相控阵雷达T/R模块中的关键部件。为了实现某相控阵雷达T/R模块小型化、轻量化和高可靠性的需求,本论文创新性地研制了一款K波段MMIC多功能放大器(Multi-Function Power Amplifier, MFPA)芯片。该芯片将发射通道的功率放大器和收发通道切换的微波开关集成到一块MMIC芯片上,从而减小了T/R模块的尺寸、重量和成本,同时也提高了T/R模块的可靠性。本文从微波功率放大器技术指标和稳定性分析原理、微波开关原理、阻抗匹配等方面,深入研究了MMIC多功能放大器的设计,形成了提升器件输出效率、降低开关插损等关键指标的设计技术,并采用0.15um GaAs pHEMT工艺实际设计了一款K波段MMIC多功能放大器芯片。在设计过程中,功率放大器采用了Load Pull技术来达到最大效率和最大功率输出,微波开关管芯采用实测数据建立仿真模型来提高仿真的准确度。对芯片整体版图进行了联合电磁仿真验证,确保了芯片在综合指标满足设计要求的同时,其工作效率、开关插损等关键指标性能优异。采用了基于探针台、矢量网络分析仪的小信号测试系统,和基于信号源、功率计的大信号测试系统对实际制作的K波段MMIC多功能放大器芯片进行了全面电性能测试评估。测试结果表明该芯片在工作带宽内：发射通道能够提供大于21dB的线性小信号增益,在2dB压缩时输出功率为18.7dBm,功率增益为19dB,功率附加效率为30%；接收通道插入损耗小于1.2dB,发射通道和接收通道的隔离大于20dBc。芯片实际测试性能满足项目要求。
【关键词】：MMIC GaAs 功率放大器 微波开关
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN958.92;TN722
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 MMIC概述10-12
• 1.2 MMIC的发展与机遇12-13
• 1.3 本论文研究背景及意义13-16
• 1.4 本论文的主要内容16-18
• 2 多功能放大器芯片设计原理18-36
• 2.1 功率放大器原理18-26
• 2.1.1 MMIC功率放大器技术指标18-25
• 2.1.2 稳定性分析25-26
• 2.2 微波开关原理26-34
• 2.2.1 开关技术指标26-27
• 2.2.2 开关器件27-30
• 2.2.3 开关类型30-34
• 2.3 本章小结34-36
• 3 多功能放大器芯片设计实现36-70
• 3.1 芯片设计需求36-37
• 3.2 芯片总体设计37-38
• 3.3 功率放大器设计38-57
• 3.3.1 放大器的功率预算38-39
• 3.3.2 直流工作点39-40
• 3.3.3 稳定性改善网络设计40-41
• 3.3.4 输出级阻抗匹配电路设计41-45
• 3.3.5 中间级阻抗匹配电路设计45-49
• 3.3.6 输入级阻抗匹配电路设计49-52
• 3.3.7 功率放大器偏置网络设计52-54
• 3.3.8 功率放大器整体仿真性能54-57
• 3.4 微波开关设计57-62
• 3.4.1 开关管芯的选择58
• 3.4.2 开关仿真性能58-62
• 3.5 多功能放大器芯片整体仿真性能62-68
• 3.6 本章小结68-70
• 4 多功能放大器芯片测试结果70-86
• 4.1 MMIC多功能放大器芯片实物版图70-71
• 4.2 MMIC多功能放大器芯片装配图71-72
• 4.3 芯片在片测试72-77
• 4.3.1 芯片在片测试系统的搭建与测试73-74
• 4.3.2 芯片在片测试结果分析74-77
• 4.4 芯片装架测试77-82
• 4.4.1 夹具的组装77-78
• 4.4.2 夹具插损的测量78-79
• 4.4.3 装架测试系统的搭建与测试79-80
• 4.4.4 芯片夹具测试结果分析80-82
• 4.5 芯片环境试验82-84
• 4.6 芯片性能比较84
• 4.7 本章小结84-86
• 5 总结86-88
• 参考文献88-92
• 作者简历及在学期间取得的科研成果92

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本文编号：581320