【摘要】：如今,隨著人們對高速率通信及通信系統(tǒng)小型化、低功耗、低成本等指標(biāo)的追求,無線通信系統(tǒng)不斷朝著毫米波頻段延伸。同時,隨著集成工藝的不斷進(jìn)步和成熟,表現(xiàn)出價格低廉、功耗較低、集成度高及體積小等優(yōu)點(diǎn),其應(yīng)用在射頻領(lǐng)域備受青睞和關(guān)注。濾波器及開關(guān)在毫米波系統(tǒng)中具有選頻的作用,是接收機(jī)前端重要的模塊。因此,本論文基于集成電路工藝對毫米波頻段的帶通濾波器(BPF)和單刀單擲開關(guān)(SPST)開展了研究,確定了高性能帶通濾波器和小型化寬帶開關(guān)電路設(shè)計(jì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并采用GaAs工藝和65nm CMOS工藝分別設(shè)計(jì)了單截面階梯阻抗諧振結(jié)構(gòu)的帶通濾波器電路和基于π型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的寬帶開關(guān)電路。首先,對微帶傳輸線及地平面理論進(jìn)行分析,建立了微帶線簡化模型并通過仿真軟件提取相關(guān)參數(shù)。同時介紹了射頻領(lǐng)域中地平面對電路設(shè)計(jì)的影響并通過建模和電磁仿真技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。針對濾波器設(shè)計(jì),論文在分析傳統(tǒng)濾波器的理論基礎(chǔ)上,具體闡述零點(diǎn)產(chǎn)生原理,并著重分析階躍型傳導(dǎo)傳輸線及短路開路枝節(jié)特性,為帶通濾波器設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。然后,基于GaAs工藝,采用單截面階梯阻抗諧振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩款帶通濾波器。第一款濾波器中心頻率為140GHz,基于單截面階梯阻抗諧振結(jié)構(gòu),從零點(diǎn)產(chǎn)生原理出發(fā),利用構(gòu)造諧振器的方法使其產(chǎn)生傳輸零點(diǎn),其零點(diǎn)分別位于122GHz與177GHz。三維電磁場仿真結(jié)果表明,濾波器的通帶范圍為122-177GHz,在140GHz時的插入損耗為2d B,回波損耗為17d B。隨后完成了第二款濾波器設(shè)計(jì),其工作頻率為50-80GHz,沿用了前一款濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并有效的利用了開路枝節(jié)在濾波器設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn),即可以根據(jù)需要確定傳輸零點(diǎn)的具體位置,最終在36GHz與98GHz處實(shí)現(xiàn)。從電磁場仿真結(jié)果得到65GHz頻率處插損為1d B,回波損耗為20d B。最后論文基于65nm CMOS工藝完成了兩種寬帶開關(guān)電路的設(shè)計(jì)。針對MOS管的特性,將其簡化后的電路模型參數(shù)提取后與PDK模型對比,經(jīng)驗(yàn)證后應(yīng)用于開關(guān)電路設(shè)計(jì)中。第一款開關(guān)工作頻率為DC-110GHz,在π型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上,同時并聯(lián)三個柵寬比例為1:2:4的MOS管。此款電路已流片測試,測試結(jié)果中表明,當(dāng)工作頻率為0.5-67GHz時,插入損耗為0.13-1.3d B,隔離度為14.2-18d B,當(dāng)工作頻率為70-110GHz時,插入損耗為1.5-2.48d B,隔離度為19-22d B,芯片面積為340×280μm2,核心面積為26×109μm2,最終達(dá)到連續(xù)可變衰減效果。另一款開關(guān)頻率范圍是50-110GHz,采用并聯(lián)單個MOS管結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)規(guī)定頻段內(nèi)的通路選擇。三維電磁場仿真結(jié)果表明在工作頻段內(nèi),插入損耗為0.05-1.1d B,隔離度25d B,回波損耗10d B,核心部分面積為64×105μm2。文章研究了毫米波MOS器件特性,對其進(jìn)行了簡化分析與驗(yàn)證。同時對毫米波電路設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究分析,最終本文完成了兩個帶通濾波器及兩個寬帶開關(guān)的設(shè)計(jì)。
【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】：2018
【分類號】：TN713
【圖文】：

可在此時發(fā)揮一定的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在其擁有豐富的頻譜資源及統(tǒng)中基于毫米波頻段的研究在射頻微電子領(lǐng)域逐漸成為焦點(diǎn)[1]。段在 30~300GHz 之間，波長范圍為 1~10mm，其頻段非常豐富[毫米波頻段劃分為 Q、V、W、D 波段，如表 1-1 所示。表 1-1 毫米波頻段分配情況波段 頻率(GHz)Q 33~50V 50~75W 75~110D 110~170應(yīng)用極其廣泛，覆蓋到各個行業(yè)領(lǐng)域，主要有軍事領(lǐng)域中雷達(dá)的的普及，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)器材的使用以及無線通信領(lǐng)域信息數(shù)據(jù)的傳輸延伸到了衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，作為宇宙空間的探測技術(shù)[3]。

dd(V) 2.5 1.8 1.3 1.2th(V) 0.46 0.42 0.34 0.3(GHz) 30 60 80 220ax(GHz) 40 80 120 250(mS/um) 0.3 0.4 0.6 1Ohm-um) 129 67 24 6列是本次課題研究時所使用的工藝參數(shù)，由表中數(shù)據(jù)可知，器件的尺以下結(jié)果： fmax提高，fT也提高，取得了更好的射頻特性[4]。帶通濾波器及開關(guān)的研究意義機(jī)前端的電路對接收機(jī)的性能起著關(guān)鍵性作用，所以帶通濾波器和開。濾波器作為無線通信中具有頻率響應(yīng)的重要單元，在接收和發(fā)射系制鏡像信號干擾等優(yōu)點(diǎn)。其濾波功能的好壞直接影響整個系統(tǒng)的通信度的不失真是設(shè)計(jì)濾波器的宗旨，因此濾波器也成為各類無線模塊的收發(fā)機(jī)中通常做信號的選擇，決定信號的傳輸與截止。圖 1.2 為濾波頻系統(tǒng)框圖。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

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本文編號：2731551