【摘要】：隨著互聯(lián)網(wǎng)中信息量的不斷增長(zhǎng),人們對(duì)通信速率的要求也隨之不斷提高。為實(shí)現(xiàn)高速的無(wú)線通信系統(tǒng),人們開(kāi)始在微波及毫米波頻段尋找未被開(kāi)發(fā)的寬帶的頻譜。微波及毫米波前端電路是實(shí)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(yīng)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(dǎo)體電路相比,有著成本低、集成度高的優(yōu)點(diǎn)。但硅基集成工藝仍面臨著工作電壓低、寄生效應(yīng)大等缺點(diǎn)。通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)技術(shù)提高硅基功率放大器的性能,使其適用于未來(lái)的微波及毫米波通信系統(tǒng),是一個(gè)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(diào)制功率放大器的研究。通過(guò)分析CMOS晶體管的寄生效應(yīng),本文研究了利用反饋元件抵消晶體管寄生效應(yīng)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(shù)。針對(duì)傳統(tǒng)的諧波調(diào)制電路面積和損耗大、不適合應(yīng)用于集成電路的問(wèn)題,本文利用變壓器和差分電路的特點(diǎn),提出了基于變壓器的寬帶諧波調(diào)制方法�；谧儔浩鞯姆椒ń档土酥C波調(diào)制電路的損耗,并達(dá)到了較寬的帶寬。基于以上方法,本文設(shè)計(jì)了一款60 GHz高效率功率放大器,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,其最大PAE達(dá)到16.3%,并實(shí)現(xiàn)了13 GHz的絕對(duì)帶寬以及22.6%的相對(duì)帶寬。2.基于電壓合成技術(shù)的片上Doherty功率放大器的研究。通過(guò)對(duì)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(wú)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(duì)稱阻抗對(duì)電壓合成變壓器的影響,提出了基于Marchand巴倫的平衡補(bǔ)償型電壓合成器。本文設(shè)計(jì)的電壓合成型60 GHz Doherty功率放大器實(shí)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(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的群延時(shí)失真補(bǔ)償功率放大器的研究。本文分析了功率放大器的群延時(shí)非線性失真對(duì)調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的影響,提出了基于全通網(wǎng)絡(luò)的群延時(shí)失真補(bǔ)償技術(shù)。本文設(shè)計(jì)的應(yīng)用于24 GHz汽車(chē)?yán)走_(dá)的功率放大器的群延時(shí)失真小于±5ps。經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)娜貉訒r(shí)失真對(duì)雷達(dá)的影響得到大幅度減小。同時(shí)本文分析了用于穩(wěn)定輸出功率的自動(dòng)增益控制環(huán)路,減小環(huán)境溫度以及工藝的變化對(duì)調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)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(cè)試電路。提出了降低相控陣系統(tǒng)自測(cè)試電路誤差的方法。同時(shí)研究分析了降低移相器和衰減器誤差的補(bǔ)償技術(shù)。本文設(shè)計(jì)了一款Ku波段的帶有自測(cè)試功能8通道相控陣發(fā)射機(jī)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,每個(gè)相控陣通道的發(fā)射功率達(dá)到13 dBm。自測(cè)試電路得到的結(jié)果和高頻測(cè)試的結(jié)果吻合,具有代替高頻測(cè)試的能力。5.基于雙開(kāi)關(guān)放大器的包絡(luò)跟蹤調(diào)制器的研究。針對(duì)雙開(kāi)關(guān)型包絡(luò)跟蹤放大器控制過(guò)程復(fù)雜、協(xié)同效率較低的問(wèn)題,本文提出了簡(jiǎn)化的異步控制方式,提高了直流轉(zhuǎn)換為包絡(luò)信號(hào)的效率。本文基于180 nm CMOS工藝設(shè)計(jì)了一款用于LTE信號(hào)的包絡(luò)跟蹤調(diào)制器對(duì)提出的方法進(jìn)行了驗(yàn)證,調(diào)制器整體效率達(dá)到86%。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN722.75;TN40
【圖文】：

要被急切研究的。對(duì)于微波及毫米波雷達(dá)的應(yīng)用，由于功率放大器失真會(huì)導(dǎo)致調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)產(chǎn)生錯(cuò)誤的判斷，因此需要研究適用于達(dá)的低群延時(shí)失真的功率放大器。內(nèi)外研究現(xiàn)狀2004 年，IBM 公司使用 0.12umSiGeBiCMOS 工藝開(kāi)發(fā)了工作在 6[59]，其中包含了一個(gè) 2 級(jí)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(shí)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(dá)到了 1.4 dBm 的 IIP3，并消耗了。2006 年多倫多大學(xué)和臺(tái)積電開(kāi)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(shí)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(jí)結(jié)構(gòu)，圖 1-2 所示的放大器使用了 A 類共源級(jí)結(jié)構(gòu)，輸較低。

2006 年多倫多大學(xué)和臺(tái)積電開(kāi)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(shí)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(jí)結(jié)構(gòu)，圖 1-2 所示的放大器使用了 A 類共源級(jí)結(jié)構(gòu)，輸出均較低。圖 1-1 基于 120nm SiGe 工藝和片上傳輸線的功放設(shè)計(jì)[59]

第一章 緒論為提高功率放大器的輸出功率，IBM 開(kāi)發(fā)了基于層疊結(jié)構(gòu)的推挽式功率放大器[61]，如圖 1-3 所示。層疊式的結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)了 20 dBm 的最大輸出功率，并達(dá)到了 12.7%的最大 PAE。

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10 曾榮;周R

本文編號(hào)：2774150