雷達(dá)通信系統(tǒng)在目前的軍事、安防定位等生活的各個(gè)方面都處于不可或缺的地位,隨著無線通信以及集成電路的發(fā)展及多樣化,高性能、高集成度的在片系統(tǒng)具有越來越大的吸引力,低噪聲放大器處于雷達(dá)接收系統(tǒng)的第一級,其電路模塊的增益、噪聲系數(shù)及線性度對于整個(gè)雷達(dá)接收系統(tǒng)具有重要的影響。本文基于 Global Foundries 0.13um SiGe BiCMOS 工藝,針對在片的無源器件和有源電路進(jìn)行了研究,并基于GSMC 0.13um CMOS工藝對LNA做了拓展研究,最后在PCB板級基于芯片對雷達(dá)電路進(jìn)行了研究與分析。本文的主要研究工作與創(chuàng)新點(diǎn)如下:首先,設(shè)計(jì)了一種新型結(jié)構(gòu)的電感,該電感與傳統(tǒng)的平面電感相比,電感的面積顯著減小,電感的自諧振頻率從96GHz上升到99GHz和Qmax點(diǎn)對應(yīng)的頻率從36GHz升高到45GHz,即提高了電感的應(yīng)用頻率。在此基礎(chǔ)上,較為全面的分析了影響電感性能的各種寄生效應(yīng),綜合考慮了趨膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)、襯底寄生的前提下,提出了一種新的電感等效電路模型,并且完成了參數(shù)提取及驗(yàn)證,得到結(jié)果一致性較好。其次,分析了傳輸線的電感特性,并且較為系統(tǒng)的定性定量的分析了繞線電感和傳輸線電感的特點(diǎn),在綜合考慮電感值、Q值及占用芯片面積的前提下,給出了傳輸線電感和繞線電感的各自優(yōu)勢應(yīng)用頻率范圍。接著,基于 Global Foundries 0.13um SiGe BiCMOS 工藝設(shè)計(jì)了K-Band兩級cascode共源極低噪聲放大器,在24GHz處增益為27.3dB,噪聲系數(shù)為3.8dB,輸出ldB壓縮點(diǎn)為-0.68dBm,除此之外,基于GSMC 0.13um CMOS 工藝完成了可工作于 C-Band(5.8GHz)和 X-Band(10.525GHz)的雙頻帶 LNA,增益在 5.8GHz 處為 15.3dB,10.525GHz 處為 17.1dB,噪聲系數(shù)在 5.8GHz 處為 3.37dB,10.525GHz處為3.68dB,輸出1dB壓縮點(diǎn)在5.8GHz處為-6.3dB,10.525GHz處為-6dBm。最后,基于ADF4158和BGT24MRT12兩個(gè)芯片完成了 K-Band產(chǎn)生FMCW調(diào)頻波(三角波、鋸齒波、斜波)的鎖相環(huán)頻率合成器,并且完成了加工測試。
【學(xué)位單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN402;TN957
【部分圖文】：

逑圖２－１電感定義圖示逡逑如圖２－１所示，其中，少是磁通量，Ｉ是流經(jīng)導(dǎo)體線圈的電流，Ｂ是磁場強(qiáng)度，逡逑Ｓ是磁場穿過的橫截面積，１是該截面的外周邊線長度。士是導(dǎo)體的相對磁導(dǎo)率，逡逑抑是真空磁導(dǎo)率，Ｈ是磁場強(qiáng)度矢量。電感值是電感十分重要且直觀的物理量，逡逑對于具體的應(yīng)用場景，我們需要選擇適當(dāng)感值的電感。逡逑２．１．２邋Ｑ邋值逡逑品質(zhì)因數(shù)（Ｑ值）是衡量儲能元件的重要指標(biāo)（也是表征該儲能器件的理想逡逑性的重要指標(biāo)，理想的儲能器件其Ｑ值為無窮大）。儲能元件主要包括存儲電能逡逑的電容和存儲磁能的電感，在正弦信號的作用下時(shí)，電感的品質(zhì)因數(shù)定義為在一逡逑個(gè)周期內(nèi)存儲的能量與消耗能量的比值，即：逡逑一周期內(nèi)平均存儲的能量邐）逡逑＾邋一邋Ｗ—周期內(nèi)平均消耗的能量邐＿逡逑其中，ｗ是正弦信號的頻率，該定義為Ｑ值的一般定義，適用于電感、電容、ＬＣ逡逑諧振回路等。理想電感的品質(zhì)因數(shù)為無窮大

邐（ｂ）逡逑圖２－２只考慮電感寄生電阻的等效電路（ａ）串聯(lián)（ｂ）并聯(lián)逡逑的影響，對于電感而言，只考慮電感寄生損耗的前提下，如圖２－２所示，我們經(jīng)逡逑常用下式來計(jì)算電感的Ｑ值：逡逑Ｑ邋＝邋ｔ邋或＂＝告邐（２＿３）逡逑２．１．３自諧振頻率逡逑由于高頻時(shí)電感的一些寄生電容效應(yīng)，使得電感在達(dá)到一定頻率后會產(chǎn)生諧逡逑振，因此，我們首先討論電感的寄生電容特性，電感的寄生電容包含兩部分，一逡逑廠邐房逡逑／邋－—－－－…廠．．．．－．？－．邐邐逡逑ｓ＿＿邐NN＋邐＾邐Ｊ逡逑ｓ線圈與村底邐Ｚ逡逑＾邐寄生電容邋ｙ逡逑圖２－３線圈與襯底的寄生電容逡逑部分是電感金屬線圈與襯底之間的寄生電容，有時(shí)候會用較寬的線寬去減小電感逡逑的等效寄生電阻，以增加Ｑ值，但這樣會引入較大的寄生電容，另一部分是金屬逡逑線之間的耦合電容，每條并行的金屬線之間都存在耦合電容，將其模型用集總元逡逑件來進(jìn)行等效，圖２－３為金屬線與襯底之間的寄生電容分布圖，圖２－４為金屬線逡逑圈之間的耦合電容分布圖，在此基礎(chǔ)上，將寄生電容等效電路給出如圖２－５所示。逡逑綜合考慮這兩種電容效應(yīng)

（ａ）邐（ｂ）逡逑圖２－２只考慮電感寄生電阻的等效電路（ａ）串聯(lián)（ｂ）并聯(lián)逡逑的影響，對于電感而言，只考慮電感寄生損耗的前提下，如圖２－２所示，我們經(jīng)逡逑常用下式來計(jì)算電感的Ｑ值：逡逑Ｑ邋＝邋ｔ邋或＂＝告邐（２＿３）逡逑２．１．３自諧振頻率逡逑由于高頻時(shí)電感的一些寄生電容效應(yīng)，使得電感在達(dá)到一定頻率后會產(chǎn)生諧逡逑振，因此，我們首先討論電感的寄生電容特性，電感的寄生電容包含兩部分，一逡逑廠邐房逡逑／邋－—－－－…廠．．．．－．？－．邐邐逡逑ｓ＿＿邐NN＋邐＾邐Ｊ逡逑ｓ線圈與村底邐Ｚ逡逑＾邐寄生電容邋ｙ逡逑圖２－３線圈與襯底的寄生電容逡逑部分是電感金屬線圈與襯底之間的寄生電容，有時(shí)候會用較寬的線寬去減小電感逡逑的等效寄生電阻，以增加Ｑ值，但這樣會引入較大的寄生電容，另一部分是金屬逡逑線之間的耦合電容，每條并行的金屬線之間都存在耦合電容，將其模型用集總元逡逑件來進(jìn)行等效，圖２－３為金屬線與襯底之間的寄生電容分布圖，圖２－４為金屬線逡逑圈之間的耦合電容分布圖

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本文編號：2830054