【摘要】：目前,毫米波技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、射電天文學(xué)及太空無線通信等領(lǐng)域。頻率穩(wěn)定、性能優(yōu)良、尺寸較小的毫米波信號(hào)源作為這些領(lǐng)域應(yīng)用中必不可少的模塊,其設(shè)計(jì)變得尤為重要。以低頻壓控振蕩器(VCO)為信號(hào)產(chǎn)生模塊,通過倍頻器擴(kuò)頻方式設(shè)計(jì)的毫米波信號(hào)源,因其設(shè)計(jì)靈活度大、容易克服工藝限制問題,且其性能不弱于以基波VCO為信號(hào)產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì)的毫米波信號(hào)源而備受青睞。論文重點(diǎn)研究了倍頻器電路的設(shè)計(jì)方法,完成了三款基于65nm CMOS工藝的倍頻器,其中包括一款輸出頻率為36GHz至60GHz的寬帶三倍頻器,一款輸出頻率為260GHz至300GHz的二倍頻器和一款輸出頻率為260GHz至300GHz四倍頻器。本文的主要研究?jī)?nèi)容及貢獻(xiàn)如下:(1)提出了一種分布式結(jié)構(gòu)的寬帶三倍頻器,并通過右手/左手人工傳輸線實(shí)現(xiàn)了寬帶匹配及諧波抑制,所設(shè)計(jì)的三倍頻器輸出信號(hào)頻率在36~60GHz之間,倍頻增益在-17.6~-8.1d B之間,基波抑制大于20.8d Bc,二次諧波抑制大于10.2d Bc,該三倍頻器適合應(yīng)用于U波段寬帶通信系統(tǒng)中。(2)以提升倍頻器增益和帶寬為目標(biāo),設(shè)計(jì)了一款性能優(yōu)良的巴倫,并用于輸出信號(hào)頻率在260GHz至300GHz的push-push結(jié)構(gòu)二倍頻器,該二倍頻器實(shí)現(xiàn)了優(yōu)良的性能。其倍頻增益在-12.11~-11.35d B之間,雜波抑制比大于19d Bc。(3)設(shè)計(jì)了一款四倍頻器,將V波段信號(hào)擴(kuò)頻至260GHz至300GHz。該電路的工作頻率大于工藝庫中晶體管的截止頻率,為實(shí)現(xiàn)受工藝限制的毫米波信號(hào)源奠定了良好的基礎(chǔ)。通過優(yōu)化倍頻器中的晶體管參數(shù)、偏置條件以及電路匹配使用的無源器件,該倍頻器在輸出260GHz至300GHz的頻段范圍內(nèi),倍頻增益大于-20.5d B。本文最后總結(jié)了毫米波倍頻器的設(shè)計(jì)方法,并以提高倍頻器的倍頻增益和雜波抑制能力為目標(biāo),對(duì)文中設(shè)計(jì)的幾款倍頻器提出了一些改進(jìn)方案。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN771
【圖文】：

OUTbV圖 1.5 美國(guó)加州大學(xué) 62~90GHz 二倍頻器7 年，日本東京工業(yè)大學(xué)的 Ibrahim Abdo，Korkut Kaan Tokgoz，Takuya Fuji了一款基于 65nm CMOS 工藝的二倍頻器[12]，輸出信號(hào)頻率在 100~123G器的整體結(jié)構(gòu)如圖 1.6 所示，在輸出端級(jí)聯(lián)了兩級(jí)緩沖器用于提高諧波抑在功率為-8dBm 輸入信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，二倍頻器達(dá)到 5.5dBm 的飽和輸出功為 17.2dB，基波抑制比大于 60dBc，整體電路的直流功耗為 116mW。

W-banOutpuDD,1VKa-bandInputbiasV圖 1.11 美國(guó)加州大學(xué) 85~95.2 GHz 三倍頻器列特拉維夫大學(xué) Nadav Mazor，Eran Socher 等人研究設(shè)計(jì)三倍頻器[19]，輸出信號(hào)頻率在 43~79GHz 之間，相對(duì)帶版圖如圖 1.12 所示，分布式電路中處于深飽和區(qū)的共源它們之間以差分的結(jié)構(gòu)相連來抑制偶次諧波信號(hào)。該電制在輸出信號(hào)頻率范圍內(nèi)都大于 10dBc，芯片面積為

圖 2.4 理想 FET 倍頻器電壓和電流波形.4 為理想的場(chǎng)效應(yīng)晶體管倍頻器電壓和電流波形圖，因?yàn)檩敵龆说闹C振電信號(hào)的 n 次諧波，而其他諧波的電壓分量為 0，因此漏極電壓 ( )dV t 是一個(gè)。為了提高輸出功率，漏極電壓 ( )dV t 的取值需在maxV 和minV 之間，漏極電壓的一半。漏極電流 i(t)的最大值為maxI ，電流波形的持續(xù)時(shí)間為 t0（t0≤T的周期）。柵極電壓 ( )gV t的取值在,max2gg gV V和g,maxV之間。柵極的偏置電壓gV在閾值電壓tV 附近，這樣可以利用晶體管的夾斷效應(yīng)使峰脈沖電流，此時(shí)的漏極電流 i(t)中包含豐富的各次諧波分量，i(t)通過傅表示成包含直流分量、基波分量以及各次諧波分量的余弦項(xiàng)：0 1 2 3( ) cos cos 2 cos 3 ......i i ii t I I t I t I t ≥1 時(shí)，漏極電流 i(t)中各次諧波的系數(shù)是0 0max204 cos( / )1 (2 / )nt n t TI IT n t T 示 n 次諧波的漏極電流，倍頻器的主要性能指標(biāo)倍頻效率跟 成正比，當(dāng)

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本文編號(hào)：2791009