【摘要】：隨著互聯(lián)網中信息量的不斷增長,人們對通信速率的要求也隨之不斷提高。為實現(xiàn)高速的無線通信系統(tǒng),人們開始在微波及毫米波頻段尋找未被開發(fā)的寬帶的頻譜。微波及毫米波前端電路是實現(xiàn)下一代高速通信系統(tǒng)的重要組成部分,其中功率放大器電路更是其中重要的模塊。隨著硅基集成工藝的特征尺寸不斷縮小,硅基晶體管的特征頻率得以不斷提高。硅基工藝可以應用于微波及毫米波的功率放大電路,并和傳統(tǒng)的III-V族化合物半導體電路相比,有著成本低、集成度高的優(yōu)點。但硅基集成工藝仍面臨著工作電壓低、寄生效應大等缺點。通過合理的電路設計技術提高硅基功率放大器的性能,使其適用于未來的微波及毫米波通信系統(tǒng),是一個重要的研究課題。本文的主要研究工作如下:1.基于變壓器的寬帶高效率諧波調制功率放大器的研究。通過分析CMOS晶體管的寄生效應,本文研究了利用反饋元件抵消晶體管寄生效應的方法,使晶體管的工作頻率和性能得到提高。本文分析了使用層疊電路提高CMOS功率放大器輸出功率的技術。針對傳統(tǒng)的諧波調制電路面積和損耗大、不適合應用于集成電路的問題,本文利用變壓器和差分電路的特點,提出了基于變壓器的寬帶諧波調制方法�；谧儔浩鞯姆椒ń档土酥C波調制電路的損耗,并達到了較寬的帶寬�；谝陨戏椒�,本文設計了一款60 GHz高效率功率放大器,實驗結果表明,其最大PAE達到16.3%,并實現(xiàn)了13 GHz的絕對帶寬以及22.6%的相對帶寬。2.基于電壓合成技術的片上Doherty功率放大器的研究。通過對比分析電流合成型及電壓合成型Doherty功率放大器的基本特征,本文提出了適用于微波及毫米波頻段的無λ/4傳輸線的毫米波片上Doherty功率放大器方案。并分析了非對稱阻抗對電壓合成變壓器的影響,提出了基于Marchand巴倫的平衡補償型電壓合成器。本文設計的電壓合成型60 GHz Doherty功率放大器實現(xiàn)了最大16.8%的PAE和8.7%的6 dB功率回退效率。3.用于調頻連續(xù)波雷達的群延時失真補償功率放大器的研究。本文分析了功率放大器的群延時非線性失真對調頻連續(xù)波雷達的影響,提出了基于全通網絡的群延時失真補償技術。本文設計的應用于24 GHz汽車雷達的功率放大器的群延時失真小于±5ps。經過補償?shù)娜貉訒r失真對雷達的影響得到大幅度減小。同時本文分析了用于穩(wěn)定輸出功率的自動增益控制環(huán)路,減小環(huán)境溫度以及工藝的變化對調頻連續(xù)波雷達輸出功率的影響。4.微波及毫米波頻段的空間功率合成及相控陣發(fā)射系統(tǒng)的研究。本文研究分析了相控陣系統(tǒng)的自測試電路。提出了降低相控陣系統(tǒng)自測試電路誤差的方法。同時研究分析了降低移相器和衰減器誤差的補償技術。本文設計了一款Ku波段的帶有自測試功能8通道相控陣發(fā)射機。實驗結果表明,每個相控陣通道的發(fā)射功率達到13 dBm。自測試電路得到的結果和高頻測試的結果吻合,具有代替高頻測試的能力。5.基于雙開關放大器的包絡跟蹤調制器的研究。針對雙開關型包絡跟蹤放大器控制過程復雜、協(xié)同效率較低的問題,本文提出了簡化的異步控制方式,提高了直流轉換為包絡信號的效率。本文基于180 nm CMOS工藝設計了一款用于LTE信號的包絡跟蹤調制器對提出的方法進行了驗證,調制器整體效率達到86%。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN722.75;TN40
【圖文】：

要被急切研究的。對于微波及毫米波雷達的應用，由于功率放大器失真會導致調頻連續(xù)波雷達產生錯誤的判斷，因此需要研究適用于達的低群延時失真的功率放大器。內外研究現(xiàn)狀2004 年，IBM 公司使用 0.12umSiGeBiCMOS 工藝開發(fā)了工作在 6[59]，其中包含了一個 2 級的功率放大器，并使用了片上傳輸線作 1-1 所示。該功率放大器實現(xiàn)了 10.8 dB 的增益和 11.2 dBm 的輸V 的工作電壓下，該功率放大器達到了 1.4 dBm 的 IIP3，并消耗了。2006 年多倫多大學和臺積電開發(fā)了基于 90 nm CMOS 工藝的 6器[60]，如圖 1-2 所示。該放大器實現(xiàn)了 5.2 dB 的功率增益和 6.4 d。在 1.5V 的工作電壓下，最大 PAE 為 7%。圖 1-1 所示的功率放共發(fā)射級結構，圖 1-2 所示的放大器使用了 A 類共源級結構，輸較低。

2006 年多倫多大學和臺積電開發(fā)了基于 90 nm CMOS 工藝的 60 G大器[60]，如圖 1-2 所示。該放大器實現(xiàn)了 5.2 dB 的功率增益和 6.4 dB率。在 1.5V 的工作電壓下，最大 PAE 為 7%。圖 1-1 所示的功率放大 類共發(fā)射級結構，圖 1-2 所示的放大器使用了 A 類共源級結構，輸出均較低。圖 1-1 基于 120nm SiGe 工藝和片上傳輸線的功放設計[59]

第一章 緒論為提高功率放大器的輸出功率，IBM 開發(fā)了基于層疊結構的推挽式功率放大器[61]，如圖 1-3 所示。層疊式的結構有效地提高了功率放大器的工作電壓，在相同的工作電流下輸出功率得到大幅度提高。在 4V 的工作電壓下，該功率放大器實現(xiàn)了 20 dBm 的最大輸出功率，并達到了 12.7%的最大 PAE。

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10 曾榮;周R

本文編號：2774150