本文關(guān)鍵詞：W波段MMIC混頻器研制　出處：《電子科技大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：InP基HEMT器件具有高截止頻率、高增益、高熱導(dǎo)率和低噪聲等特點(diǎn),其在毫米波高頻段電路系統(tǒng)中的應(yīng)用受到了越來越廣泛的關(guān)注。其中,單片集成MMIC混頻器(Mixer)是前端收發(fā)系統(tǒng)的核心電路之一,它所起的作用是完成頻譜搬移的工作,其性能好壞會(huì)對(duì)通訊系統(tǒng)的質(zhì)量帶來直接影響。直至目前,對(duì)于W波段系統(tǒng),如何在降低電路復(fù)雜度的同時(shí)還能獲得高性能的MMIC混頻器,仍然是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的課題。本文基于中科院微電子研究所自主制備的100-nm柵長(zhǎng)InP基HEMT器件,對(duì)W波段平衡式電阻型混頻器及鏡像抑制電阻型混頻器的關(guān)鍵性能展開研究。首先從W波段MMIC混頻器的研究近況開始,詳細(xì)介紹了InP基HEMT的工作機(jī)制、工藝流程及器件模型的提取工作。緊接著以HEMT器件為核心,對(duì)電阻型混頻單元的混頻機(jī)制進(jìn)行解釋,并在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了單端電阻型混頻器,聯(lián)合仿真結(jié)果:在固定柵壓VG=-0.6 V,輸入LO=10 dBm@94 GHz,RF=-10 dBm@96GHz時(shí),變頻損耗達(dá)到最小7 dB,但本振-射頻的隔離度效果表現(xiàn)不佳,僅有10 dB。針對(duì)單端電阻型混頻器的隔離度較差問題,本文通過Lange電橋引入平衡結(jié)構(gòu),研制了平衡式電阻型混頻器。在與單端混頻器相同的本振和射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)下,其聯(lián)合仿真結(jié)果:變頻損耗為8 dB,本振-射頻的隔離度得到大幅提升至32 dB。隨后,結(jié)合Lange電橋和Wilkinson功分器,研制了一款鏡像抑制混頻器,聯(lián)合仿真結(jié)果:變頻損耗為8 dB左右,鏡像抑制度在工作頻率范圍內(nèi)大于20 dB。為了便于同其他電路級(jí)聯(lián)組成系統(tǒng),本文還對(duì)波導(dǎo)-微帶過渡電路型的封裝模塊展開了研究,提出采用扇形結(jié)構(gòu)探針來耦合波導(dǎo)中的TE10模以拓展工作帶寬,仿真結(jié)果:在工作頻率83~106 GHz范圍內(nèi),回波損耗20 dB,插損0.2 dB,帶內(nèi)不平坦度1 dB。之后將平衡式MMIC混頻器裝配到封裝模塊中進(jìn)行聯(lián)合仿真,變頻損耗在工作帶寬內(nèi)小于12 dB。最后,對(duì)流片出來的平衡式電阻型混頻器進(jìn)行在片測(cè)試。實(shí)際測(cè)試結(jié)果:在LO=10dBm@94 GHz,RF=-10 dBm的驅(qū)動(dòng)下,中頻輸出4 GHz范圍內(nèi),變頻損耗小于12 dB,LO-RF的隔離度大于20 dB。
[Abstract]:InP based HEMT devices with high cut-off frequency, high gain, high thermal conductivity and low noise characteristics, its application in millimeter wave high frequency circuit in the system has attracted more and more attention. Among them, the monolithic integrated MMIC mixer (Mixer) is the core of a circuit front-end transceiver system, the role of it is the spectrum shifting work, its performance will bring direct influence on the quality of communication system. Until now, the W band MMIC mixer system, how to reduce the circuit complexity and can obtain high performance, is still a challenging task. In this paper, the 100-nm gate length InP based HEMT Institute of microelectronics devices study of self prepared based on the study of key performance inhibition resistive mixer of W band balanced resistive mixer and mirror. Firstly, the current research at W band MMIC mixer, with medium Introduces the working mechanism of InP based HEMT model, extraction process and device. Followed by the HEMT device as the core, mixing mechanism of resistance type mixing units are explained, and on this basis, the design of single end resistance type mixer, combined with simulation results: fixed gate voltage VG=-0.6 V input LO=10 dBm@94 GHz, RF=-10 dBm@96GHz, reached the minimum conversion loss of 7 dB, but the performance of the vibration isolation effect of RF is poor, only 10 dB. isolation problem for single ended resistive mixer, this paper introduced the balanced Lange bridge structure, developed a balanced resistive mixer. In the same vibration and single end mixer the RF signal and driven by the combined simulation results: the conversion loss is 8 dB, the oscillator RF isolation has increased substantially to 32 dB. then, combined with the Lange bridge and Wilkinson power divider, a mirror suppression is developed Mixer, joint simulation results: conversion loss is about 8 dB, the image rejection degree in the frequency range of more than 20 dB. in order to facilitate with other circuit cascade system, this paper also package module of waveguide to microstrip transition circuit is studied, the fan-shaped structure probe of TE10 coupling waveguide to expand the bandwidth, the simulation results in 83~106 frequency range of GHz, the return loss of 20 dB, the insertion loss is 0.2 dB, in band flatness of 1 dB. after the co simulation of MMIC balance mixer assembly encapsulation module, conversion loss in the working bandwidth is less than 12 dB. at last, balanced resistive mixer chip out in the test. The actual test results: in LO=10dBm@94 GHz, RF=-10 dBm driver, if output in the range of 4 GHz, the conversion loss is less than 12 dB LO-RF, the isolation is greater than 20 dB.

【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN773

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本文編號(hào)：1356172