發(fā)布時間：2020-05-25 21:14

【摘要】：T/R組件作為相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)的核心部件,如何提高其性能已成為通信領(lǐng)域研究的熱點。數(shù)字移相器作為T/R組件重要的組成部分,其性能直接影響著組件及相控陣系統(tǒng)性能的好壞。傳統(tǒng)的無源結(jié)構(gòu)移相器通常采用III-V族化合物半導(dǎo)體材料實現(xiàn),較大的面積和較高的成本始終制約著其在相控陣系統(tǒng)中的集成。而隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展以及設(shè)計水平的不斷提高,硅基CMOS晶體管的特征頻率已經(jīng)可以滿足射頻集成電路的需求。硅基工藝集成度高,成本低等優(yōu)點可以有效地解決化合物半導(dǎo)體材料移相器難以集成的問題,使得相控陣收發(fā)芯片高性能、高集成度與低成本的需求得以實現(xiàn)。在此背景下,本文設(shè)計了一款采用SMIC 0.13μm RF CMOS工藝的五位有源數(shù)字移相器,主要取得了以下研究成果:1.根據(jù)矢量合成的工作原理,對構(gòu)成矢量調(diào)制型移相器的兩個關(guān)鍵單元正交信號發(fā)生器和模擬加法器,分別進行了理論研究與拓?fù)浞治�。其�?采用正交全通濾波器實現(xiàn)正交信號發(fā)生器,采用兩路吉爾伯特單元實現(xiàn)模擬加法器。2.設(shè)計了一款堆疊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的片上巴倫,該巴倫具有低損耗、高差分端口對稱性、小尺寸等優(yōu)點。電磁場仿真結(jié)果顯示,差分端口信號相位差小于6°,插入損耗2.33dB,插入損耗誤差小于0.6dB,面積314μm*126μm。3.基于正交全通濾波器、兩路吉爾伯特單元模擬加法器和堆疊結(jié)構(gòu)的片上巴倫,成功設(shè)計了一款C波段5位矢量調(diào)制型數(shù)字移相器。ADS與Cadence軟件聯(lián)合仿真結(jié)果顯示,在4.5~7.5GHz頻段內(nèi),該移相器實現(xiàn)了32個相態(tài)的移相功能,最小移相位11.25°,插入損耗(IL)-8.5dB~-11.7dB,輸入回波損耗(S11)優(yōu)于-10.6dB,輸出回波損耗(S22)優(yōu)于-9.9dB,RMS相位精度誤差低于3.5°,RMS插入損耗波動優(yōu)于1.3dB,靜態(tài)功耗14.11mW,芯片面積為1.66×0.74mm~2。在相同的移相位數(shù)和精度下,本論文所設(shè)計的矢量調(diào)制型移相器芯片在功耗和面積方面具有明顯的優(yōu)勢。
【圖文】：

蘭州交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文波移相器及其應(yīng)用年來，隨著相控陣?yán)走_(dá)、通信系統(tǒng)以及微波測量技術(shù)等領(lǐng)域?qū)ξ⒉ǹ刂齐姀娏�，微波控制電路得到了快速發(fā)展，至今出現(xiàn)了大量各種類型的微波控信號傳輸路徑的微波開關(guān)、改變信號幅度的幅度調(diào)制器以及改變信號相位制電路，這些控制電路在微波技術(shù)的多個領(lǐng)域中起著至關(guān)重要作用。移相類用于控制和改變電磁波相位的控制電路，在衛(wèi)星通信和相控陣等需對相系統(tǒng)中至關(guān)重要[1]。

采用 CMOS 工藝的 C 波段 6 位數(shù)字移相器的研究與設(shè)計間濾波器，它接收或發(fā)射指定方向的信號，并抑制其他所有方向方向性來提高頻譜效率[4]。如圖 1.1 顯示了接收組件接收指定方此在相同的系統(tǒng)帶寬下，可以接收和傳輸較高數(shù)據(jù)率的信號。是相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)中實現(xiàn)相位控制功能的重要組成單元[5]。相控每一個天線單元后都接有一個射頻前端，即發(fā)射/接收（T/R）組件/發(fā)射組件作為相控陣?yán)走_(dá)的核心部件，，其設(shè)計成敗依賴于其中的開關(guān)等微波控制電路單元的性能指標(biāo)[3, 6]。而移相器作為 T/R 組元件，其移項精度決定了 T/R 組件能否準(zhǔn)確的實現(xiàn)對相位的控制確定位[7]。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN623;TN432

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本文編號：2680757