毫米波InP HBT关键芯片技术研究

发布时间：2017-07-29 09:04

  本文关键词：毫米波InP HBT关键芯片技术研究

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【摘要】：InP HBT以输出电导和基极电阻小、发射极耗尽电容低、击穿电场高、热导率好、相位噪声低、工作频率高等独特的优点,广泛应用到短毫米波放大器、压控振荡器等器件中,在航天、隐匿武器探测、军用、航天领域起到了重要的作用。本文主要是基于InP HBT的小信号模型和大信号模型,进行压控振荡器和放大器设计,主要包括小信号模型设计的220GHz的MMIC放大器、大信号模型设计的70GHz的MMIC压控振荡器以及180GHz的MMIC压控振荡器,为后期340GHz的功率放大器和压控振荡器的设计提供宝贵经验,简要介绍下本文的内容。(1)基于InP HBT的小信号模型,管芯的栅宽为0.5μm,采用三级级联放大结构,实现220GHz的MMIC放大器的设计,版图联合仿真结果表明,增益在220GHz的时候达到3.8dB,输入输出回波损耗均优于10dB。对流片后的电路进行测试,得到如下结果,在180GHz的时候电路增益达到6dB,在220GHz的时候增益为2dB,输入回波损耗优于10dB,输出回波损耗优于9dB。(2)基于InP HBT的模型设计的70GHz的压控振荡器,管芯的栅宽为1μm,采用双层工艺,传输线采用倒置微带线,电路结构为差分式结构,变容管采用的是晶体管的发射极和集电极相连的结构,缓冲电路采用射级跟随器,以防止外部电路阻抗变化对振荡环路的影响过大。版图联合仿真结果表明输出功率为-2.92dBm,调谐频率在72.4GHz到74.3GHz。(3)基于InP HBT模型设计的180GHz压控振荡器,管芯的栅宽为0.5μm,采用双层工艺,差分式电路结构,缓冲电路为射级跟随器。仿真结果表明:输出频率为180GHz,在偏离载波频率10MHz处,其相位噪声为-92dBc/Hz,输出功率为-0.7dBm。
【关键词】：InP异质结晶体管 压控振荡器 放大器 毫米波
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN722;TN752
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 发展动态11-14
• 1.2.1 毫米波段压控振荡器的发展动态11-12
• 1.2.2 毫米波放大器的发展动态12-14
• 1.3 课题研究的目标与意义14-15
• 1.4 本文主要内容15-16
• 第二章 InP HBT特点与工艺16-21
• 2.1 InP HBT器件特点16-19
• 2.1.1 InP HBT器件结构16
• 2.1.2 InP HBT工作机理16-18
• 2.1.3 InP HBT高频性能18-19
• 2.2 InP HBT的器件工艺19-20
• 2.3 本章小结20-21
• 第三章 InP HBT压控振荡器和放大器设计原理21-33
• 3.1 VCO的原理21-28
• 3.1.1 VCO简介21
• 3.1.2 VCO的性能指标21-22
• 3.1.3 常见的压控振荡器的结构22-25
• 3.1.4 压控振荡器的负阻原理25-26
• 3.1.5 压控振荡器的振荡条件26-28
• 3.2 MMIC放大器设计的关键问题28-32
• 3.2.1 放大器的主要性能参数28-29
• 3.2.2 偏置点的选取29-30
• 3.2.3 MMIC放大器的匹配电路设计30-31
• 3.2.4 稳定性31-32
• 3.3 本章小结32-33
• 第四章 放大器电路设计及测试33-47
• 4.1 放大器的设计步骤33
• 4.2 放大器的设计33-44
• 4.2.1 小信号模型选择33-34
• 4.2.2 过渡结构的设计34
• 4.2.3 偏置电路的设计34-35
• 4.2.4 增益级35
• 4.2.5 匹配电路35-39
• 4.2.6 整版版图联合仿真39-41
• 4.2.7 放大器的改进41-44
• 4.3 220GHz放大器的测试44-45
• 4.4 本章小结45-47
• 第五章 压控振荡器的设计与测试47-62
• 5.1 70GHz VCO的设计47-53
• 5.1.1 压控振荡器的设计步骤如下47
• 5.1.2 压控振荡器的设计47-53
• 5.2 180GHz VCO的设计53-58
• 5.3 测试58-61
• 5.3.1 70GHz压控振荡器的测试58-59
• 5.3.2 180GHz压控振荡器的测试59-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第六章 总结62-64
• 6.1 本文的主要内容62
• 6.2 对未来的工作展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-68
• 攻读硕士学位期间的研究成果68-69

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本文编号：588350