多通道雷达接收机模拟前端的MCM集成技术研究

发布时间：2020-08-22 04:18

【摘要】：随着电子技术的不断发展,电子设备的小型化和轻量化逐渐成为主流。本文着眼于Ku波段下雷达接收机前端的小型化以及高密度集成设计。接收机的小型化和集成化有利于减小系统体积,提高芯片密度并缩短布线距离。对接收机系统而言,对其进行高密度集成能够有效降低整体的质量和体积,同时模块化设计能够提高设备通用性,降低维修的时间成本及费用成本。目前针对雷达进行的高密度集成设计主要集中于T/R组件,对多通道接收机的集成研究较少,而各个接收通道拥有相同的电路结构,具备高密度集成的潜力。在分析对比了多种高密度集成技术后,本文选择了LTCC技术完成了多路接收机的集成。LTCC技术优良的高频特性及其在集成度方面的优势非常适用于工作在Ku波段的多路接收机的高密度集成。信号频率上升到Ku波段对传输线和射频器件的工作特性提出了严峻的要求。本文针对高频下的高密度集成从电路结构到传输线设计进行了深入的研究,解决了接收机小型化和传输线信号完整性的问题,达到了增益、噪声系数以及1dB增益压缩点等参数的指标要求。为保证接收通道在满足既定指标的同时又能达到小型化的要求,本文从接收机的电路结构着手,针对接收机级联系统的各项指标通过数学分析的手段确定了影响系统指标的关键参数,并据此为器件选择提供了依据和参考。在分析和比较了多种接收机结构之后,本文提出了适合进行高密度集成的50欧姆接收机系统并完成了器件的选取。通过对接收机进行数学模型的参数分析以及软件仿真验证,本文证实了该接收机结构能够达到系统指标的要求。确定接收机的具体结构之后,本文完成了基于信号完整性的布局布线设计。为解决高频传输线的信号完整性问题,针对LTCC工艺中所使用的微带线和金丝键合线分别进行了分析和验证。通过分析微带线和金丝键合线的数学模型,本文确定了影响这两者信号传输质量的关键参数并确定了微带线的具体结构。利用HFSS软件,本文验证了微带线的信号传输质量。在此基础上,在HFSS软件中本文对金丝键合线的拱高、跨度以及线宽等参数进行了优化设计。在完成版图设计后本文通过Cadence-ADS的联合仿真验证了版图各通路的信号完整性,并完成了包含互连线特性的接收机系统参数仿真验证。最终本文完成了多通道接收机的加工和测试,测试结果表明经过以上方法设计的多通道接收系统其参数达到了设计目标的要求。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN957.5
【图文】：

第一章 绪论用 102 层，其中 39 层用于信号传输。世纪初，美国 Ericsson Microwave Systems 公司就针对有源相控阵雷发展制作了一个展示性的项目 GENA，并且着重研究了 MMIC 技术项目研制出一款 S 波段的有源相控阵雷达，其大部分功能集成了各段 MCM 接收模块实现，如图 1.1[11]所示。该模块集成了 3 片 0.2μm MMIC 芯片，其尺寸为 40mm×46mm。此外，Ericsson Microwave S计了一款 X 波段的 MCM 接收模块，尺寸仅为 25mm×39mm。

3.5.2 ADS 电路仿真验证了更进一步证实所选器件的参数指标能够达到项目要求，在射频电路仿中我们建立了系统的射频链路模型。进设计系统（ADS）是世界领先的针对射频，微波以及高速数字应用的计软件。其用户界面强大而易于使用。ADS 已经成为最具创新的先驱将技术应用于商业领域的典范。其旗下产品诸如各类参数分析工具，3具得到无线通讯网络以及空间防御领域中佼佼者的广泛使用。在微波存术，LTE，卫星和雷达等相关领域中，ADS 在集成化的平台上提供了完库以及电路-电磁联合仿真手段以完成设计和验证。其功能的完整性以平台的多种接口为电路设计人员提供了极为便利的手段。文基于器件手册提供的信息通过 ADS 内预先定义的器件模型建立了初并完成了功能性验证。后通过和 Cadence 软件协同仿真完成了版图提取于混频器输出两路正交信号，其信号在原理层面本质一样，所以在系统个 3 端口的混频器来模拟，如图 3.14 所示。

27其模型如图 3.15 所示图3.15 负载设置说明Num 是节点编号，此编号在 S 参数分析中代表系统的节点。由于射频信号的输入节点是整个系统的输入节点，因此将其编号设为 1。Z=50Ohm 代表此单音功率源的输出阻抗是 50 欧姆。P=dbmtow(RFpwr)设置了输入功率的大小，单位是 dBm，其值就是 VAR 控件中设定的 RFpwr 的值。Freq=RFfreq GHz 规定了输入的单音信号频率是 RFfreq 变量所代表的数值，单位是 GHz。第一级电路是低噪声放大器，根据它的器件手册可以得到其相关参数的数值。其反向隔离度的变化情况如图 3.16 所示图3.16 反向隔离

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本文编号：2800252