本文選題：毫米波 + 肖特基勢壘二極管　； 參考：《杭州電子科技大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：隨著毫米波技術(shù)在雷達(dá)、電子對抗等軍事領(lǐng)域以及現(xiàn)代通信、射頻天文學(xué)、醫(yī)療等民用方面的興起和應(yīng)用,對工作頻率高、穩(wěn)定性好以及相位特性好的毫米波源的需求愈加迫切。目前獲得毫米波源的方式有鎖相頻率合成、振蕩器直接合成和由倍頻電路產(chǎn)生。相比前兩種方式,由倍頻電路產(chǎn)生的毫米波源表現(xiàn)出低成本、高穩(wěn)定性和低相位噪聲的特點(diǎn)。因此,倍頻器常常作為模塊電路出現(xiàn)在毫米波收發(fā)機(jī)中。伴隨著倍頻器的迅猛發(fā)展,國內(nèi)外對倍頻器的研究也越來越多。本文基于肖特基勢壘二極管和70nm Ga As mHEMT工藝,研究了毫米波段倍頻器的設(shè)計(jì)技術(shù),最終完成了一款V波段無源倍頻器和一款D波段Monolithic Microwave Integrated Circuit(MMIC)有源二倍頻器的設(shè)計(jì)。本文首先對近年國內(nèi)外毫米波倍頻器的研究狀況進(jìn)行了調(diào)研,總結(jié)了毫米波倍頻器的發(fā)展和各種常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn);然后介紹了倍頻器的基礎(chǔ)理論,包括倍頻器的基本工作原理,非線性電路的分析方法——諧波平衡法,倍頻器的分類方法以及各類倍頻器的特點(diǎn);并重點(diǎn)分析了肖特基勢壘二極管和場效應(yīng)晶體管的非線性效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于肖特基勢壘二極管的V波段無源二倍頻器和基于70nm Ga As mHEMT工藝的D波段MMIC有源二倍頻器�；谏逃眯ぬ鼗鶆輭径䴓O管芯片,本文設(shè)計(jì)了一種毫米波無源二倍頻器。通過電磁場仿真,對除非線性肖特基結(jié)以外的無源結(jié)構(gòu)進(jìn)行電磁場全波分析,從而對該二極管芯片建立起一個(gè)更為準(zhǔn)確的3 dimensional(3D)EM模型。基于該模型完成了一個(gè)二極管倍頻器設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明:當(dāng)輸入信號功率為15dBm時(shí),在輸出頻率58GHz處,該二倍頻器獲得最小倍頻損耗9.2dB,輸出3d B帶寬為50-75.4GHz,覆蓋了整個(gè)V波段;在輸入頻率25-36GHz頻段范圍內(nèi),基波抑制大于20dB;在25-37.3GHz頻段范圍內(nèi),輸入反射系數(shù)小于-10dB。但由于芯片焊接、模型精確度、測試系統(tǒng)誤差和加工誤差等原因,相比于仿真結(jié)果,測試結(jié)果存在不同程度的性能退化。利用70nm Ga As mHEMT工藝,本文另外設(shè)計(jì)了一種輸出頻率為128-145GHz的毫米波二倍頻器,并對整體電路進(jìn)行了全波仿真。其設(shè)計(jì)流程包括:管芯尺寸選取、直流偏置電壓選取、直流偏置網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、電路穩(wěn)定性檢驗(yàn)、基波抑制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和二倍頻器整體設(shè)計(jì)與優(yōu)化。仿真結(jié)果表明:輸入信號功率固定為4dBm進(jìn)行頻率掃描,當(dāng)輸入頻率為68.5GHz時(shí),該二倍頻器達(dá)到最大輸出功率-2.56dBm,輸出3d B帶寬為64~72.5GHz,且在整個(gè)V波段范圍內(nèi)基波抑制都大于20dB;輸入信號頻率固定為69GHz進(jìn)行功率掃描,當(dāng)輸入功率為4dBm時(shí),該二倍頻器達(dá)到最大倍頻增益-6.57dB;當(dāng)輸入功率為5dBm時(shí),二倍頻器達(dá)到最大輸出功率-2.29dBm;在輸入頻率66.5-71.5GHz頻段范圍內(nèi),輸入反射系數(shù)小于-10dB,在輸出頻率134-142.5GHz頻段范圍內(nèi),輸出反射系數(shù)小于-10dB。整個(gè)芯片的面積(包含pad)為0.83×0.39mm2。最后對倍頻器的二次諧波輸出功率進(jìn)行了測試,輸入信號功率固定為4dBm進(jìn)行頻率掃描,輸入頻率為64GHz時(shí)得到二次諧波輸出功率最大值-6.2dBm。因條件及時(shí)間等限制,測試結(jié)果尚不完整。本文對于毫米波倍頻器的設(shè)計(jì)方法作了分析總結(jié),為我國無線通信毫米波電路設(shè)計(jì)提供了有益的探索和一定的借鑒意義。
[Abstract]:This paper studies the research status of millimeter wave frequency multiplier based on Schottky barrier diode and 70nm Ga As mHEMT . The design process includes : die size selection , DC bias voltage selection , DC bias network design , circuit stability test , fundamental wave suppression structure design , impedance matching network design and two frequency multiplier overall design and optimization .
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN771

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 繆麗;鄧賢進(jìn);王成;;140GHz二倍頻器的研制[J];太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報(bào);2013年03期

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本文編號：1946023