微波/毫米波系统前端关键技术研究
发布时间：2021-02-01 01:44
近年来,随着卫星通信、移动通信以及物联网等技术的迅猛发展,人们对无线通信系统的容量和传输速率的要求不断提高。无线电频谱的低端频段已无法满足现代通信的需求,因而研究高速率、宽频带的微波/毫米波通信系统已成为学术界与产业界关注的焦点。收发机前端电路是无线通信系统的重要组成部分,包括天线、低噪声放大器、功率放大器、混频器、开关等功能模块。目前基于CMOS工艺设计实现的微波/毫米波前端电路因其具有价格低、集成度高等优点而得到大家的青睐,具有广泛的应用前景。然而,CMOS电路存在衬底损耗大以及性能易受工艺参数、供电电源、环境温度等因素变化的影响（PVT,Process-Voltage-Tempreture）等问题,这对微波/毫米波前端电路的元器件模型和优化设计方法提出新的要求和挑战。本论文围绕这些问题,从元器件建模技术与电路架构两方面展开研究。论文深入研究了片上传输线和晶体管的精确建模方法,针对PVT波动设计了自愈合功率放大器,针对CMOS衬底损耗大而设计了低损单刀双掷开关（SPDT,Single-Pole Double-Throw）、片上天线等前端关键模块。具体的工作与创新体现如下:1)针对微...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１通信系统数据传输速率发展趋势??
?图１．２收发机的一般结构框图??收发机是构成无线通信系统的重要沮成部分，它的一般结构如图１．２所示。收发机前??端是指从天线到完成第一次频率变换所需要的电路，包括天线、低噪声放大器、功率放大??器、混频器、开关等功能棋挟。因此，研究构成微波毫米波收发机的各个关键功能模块就??变得相当紧迫和实用，对于各国在未来抢占高速、超高速通信频段也有着巨大的战略意义。??１．２国内外研究现状??１．２．１传输线建模技术??传输线作为微波／毫米波集成电路中最基本的无源器件，广泛应用于电路设计中，实??现连接线、电感、电容等功能。在毫米波频段，共面波导传输线比传统的微带线具有更多??优点：由于信号线和地线都在同一平面，可Ｗ避免打孔和绕行，从而避免引入额外的寄生，??而且加工简单；信号线两边的地平面可Ｗ减小高频时的福射损耗；通过调整间距可Ｗ灵活??２??
２０?４０?６０?８０?１００?１２０?１４日化０?１８０?２００?２２０?２仙??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｅ?化Ｈｚ）??图１．４近些年ＣＭＯＳ功率放大器的饱和功率情况??２００７年，来自多伦多大学的Ｔｅｒｒｙ?Ｙａｏ等人研究了?６０?ＧＨｚ的ＣＭＯＳ功率放大器设计??方法１４４１。该团队深入研究了?ＭＯＳ管最小噪声系数、截止频率、最大振荡频率与栅漏上的??偏置电压关系，进而给出了根据漏极电流密度选取ＭＯＳ管最优尺寸的方法。在９０?ｎｍ??ＣＭＯＳ工艺下，当漏极电流密度接近０．２ｍＡ４ｉｍ时，ＭＯＳ管的最小噪声系数在达到最小??的同时，截止频率最大。并设计了一款６０?ＧＨｚ?ＣＭＯＳ功率放大器，其增益为５．２?ｄＢ，饱??和输出功率这到９．３?ｄＢｍ。该放大器的设计方法对毫米波ＣＭＯＳ放大器的设计具有极其重??要的参考作用。??２０１０年，美国加利福尼亚大学大学的Ｍ．Ｓｅｏ与来自旧Ｍ的Ｂ．Ｊａｇａｎｎａｔｈａｎ、意法半导??体公司的Ｊ．Ｐｅｋａｒｉｋ等人一起在旧ＥＥ?ＪＳＳＣ上发了一款１５０?ＧＨｚ的基于６５?ｎｍ?ＣＭＯＳ功率??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速无线通信技术研究综述[J]. 林长星,张健,邵贝贝. 信息与电子工程. 2012(04)
[2]单片毫米波CMOS集成电路技术发展动态[J]. 彭洋洋,吴文光,王肖莹,隋文泉. 微电子学. 2009(05)
博士论文
[1]CMOS宽带分数分频频率综合器的研究与设计[D]. 楼立恒.浙江大学 2013
硕士论文
[1]射频/微波功率晶体管非线性参数化表征与建模[D]. 李玉锋.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3011969
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１通信系统数据传输速率发展趋势??
?图１．２收发机的一般结构框图??收发机是构成无线通信系统的重要沮成部分，它的一般结构如图１．２所示。收发机前??端是指从天线到完成第一次频率变换所需要的电路，包括天线、低噪声放大器、功率放大??器、混频器、开关等功能棋挟。因此，研究构成微波毫米波收发机的各个关键功能模块就??变得相当紧迫和实用，对于各国在未来抢占高速、超高速通信频段也有着巨大的战略意义。??１．２国内外研究现状??１．２．１传输线建模技术??传输线作为微波／毫米波集成电路中最基本的无源器件，广泛应用于电路设计中，实??现连接线、电感、电容等功能。在毫米波频段，共面波导传输线比传统的微带线具有更多??优点：由于信号线和地线都在同一平面，可Ｗ避免打孔和绕行，从而避免引入额外的寄生，??而且加工简单；信号线两边的地平面可Ｗ减小高频时的福射损耗；通过调整间距可Ｗ灵活??２??
２０?４０?６０?８０?１００?１２０?１４日化０?１８０?２００?２２０?２仙??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｅ?化Ｈｚ）??图１．４近些年ＣＭＯＳ功率放大器的饱和功率情况??２００７年，来自多伦多大学的Ｔｅｒｒｙ?Ｙａｏ等人研究了?６０?ＧＨｚ的ＣＭＯＳ功率放大器设计??方法１４４１。该团队深入研究了?ＭＯＳ管最小噪声系数、截止频率、最大振荡频率与栅漏上的??偏置电压关系，进而给出了根据漏极电流密度选取ＭＯＳ管最优尺寸的方法。在９０?ｎｍ??ＣＭＯＳ工艺下，当漏极电流密度接近０．２ｍＡ４ｉｍ时，ＭＯＳ管的最小噪声系数在达到最小??的同时，截止频率最大。并设计了一款６０?ＧＨｚ?ＣＭＯＳ功率放大器，其增益为５．２?ｄＢ，饱??和输出功率这到９．３?ｄＢｍ。该放大器的设计方法对毫米波ＣＭＯＳ放大器的设计具有极其重??要的参考作用。??２０１０年，美国加利福尼亚大学大学的Ｍ．Ｓｅｏ与来自旧Ｍ的Ｂ．Ｊａｇａｎｎａｔｈａｎ、意法半导??体公司的Ｊ．Ｐｅｋａｒｉｋ等人一起在旧ＥＥ?ＪＳＳＣ上发了一款１５０?ＧＨｚ的基于６５?ｎｍ?ＣＭＯＳ功率??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速无线通信技术研究综述[J]. 林长星,张健,邵贝贝. 信息与电子工程. 2012(04)
[2]单片毫米波CMOS集成电路技术发展动态[J]. 彭洋洋,吴文光,王肖莹,隋文泉. 微电子学. 2009(05)
博士论文
[1]CMOS宽带分数分频频率综合器的研究与设计[D]. 楼立恒.浙江大学 2013
硕士论文
[1]射频/微波功率晶体管非线性参数化表征与建模[D]. 李玉锋.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3011969
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