隨著通信系統(tǒng)的工作頻率不斷向毫米波亞毫米波頻段的發(fā)展，要獲得穩(wěn)定性高和相噪特性良好的毫米波源變得至關重要。但是，直接獲得頻率很高的頻率源是比較困難的，而通過倍頻器可以基于頻率較低的信號源實現(xiàn)非常高的頻率源輸出。倍頻器的輸出是基波頻率的諧波頻率，這樣可以降低輸入信號的頻率，在工藝等各方面比較成熟的低頻段進行。毫米波倍頻器是毫米波系統(tǒng)中常用的部件，它是頻率合成器和倍頻鏈等毫米波設備的關鍵模塊。近年來，倍頻器也越來越多的用在毫米波超外差接收機的本振源中。隨著倍頻器的應用日益廣泛，國內外對倍頻器的研究也越來越多。鑒于此，本文的主要研究內容是基于先進的GaAs工藝和成熟的硅CMOS工藝分別設計了兩種工作于60GHz頻段的二倍頻器。 本文對毫米波倍頻器的國內外研究現(xiàn)狀進行了調研，綜述了毫米波倍頻器的發(fā)展及設計，比較了各種常見拓撲結構的優(yōu)劣，并以此為基礎確定了本文基本的電路拓撲結構；同時分析了有源倍頻理論；然后利用ADS Momentum和HFSS對傳輸線、電感等無源器件進行了電磁場仿真及優(yōu)化，為倍頻器的版圖設計提供了基礎。 基于TSMC90nm CMOS工藝，本文設計了一種低功率超緊湊的毫米波二倍頻器。這個倍頻器采用有源晶體管來產生輸入基頻信號的諧波，并在輸出端抑制無用的信號。該倍頻器的優(yōu)點是轉換損耗低、結構緊湊、芯片面積小、電路拓撲結構十分簡單。經(jīng)過設計規(guī)則檢查（DRC）、版圖與電路圖一致性檢查（LVS）之后，當輸入頻率在27～33GHz范圍內時，電路后仿真結果為：轉換損耗小于5dB，基波抑制超過25dB。柵極偏置電壓為0.45V和漏極偏置電壓為1.2V時，倍頻器的總直流功耗是9mW。芯片面積（包含pad）為0.27mm2。 基于GaAs工藝，本文設計了一種輸出頻率為54～66GHz的有源單端毫米波二倍頻器。對整體電路進行了全波仿真，并實現(xiàn)了良好的性能。整體電路的全波仿真結果為：在工作頻帶27～33GHz內，輸出功率大于0dBm，變頻損耗小于5dB，基波抑制大于15dB，三次諧波抑制大于25dB。芯片總面積（含pad）為0.529mm2。
【學位單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2014
【中圖分類】：TN771
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 毫米波特性及應用
    1.2 毫米波集成電路
        1.2.1 硅基毫米波集成電路
        1.2.2 砷化鎵基毫米波集成電路
    1.3 倍頻器的研究目的與意義
    1.4 倍頻器的國內外現(xiàn)狀
        1.4.1 國外現(xiàn)狀
        1.4.2 國內現(xiàn)狀
    1.5 本論文的主要內容及安排
第2章 倍頻器設計基礎
    2.1 倍頻器概述
        2.1.1 倍頻器的特點及應用
        2.1.2 倍頻器的分類
    2.2 倍頻器的主要性能指標
    2.3 二極管倍頻器簡介
        2.3.1 變容二極管倍頻器
        2.3.2 階躍二極管倍頻器
    2.4 有源倍頻器
第3章 無源器件
    3.1 傳輸線
        3.1.1 傳輸線的應用
        3.1.2 傳輸線理論
        3.1.3 常用傳輸線
        3.1.4 傳輸線的拐角特性
    3.2 電感
        3.2.1 平面螺旋電感
        3.2.2 主要性能參數(shù)
        3.2.3 電感的設計考慮
        3.2.4 HFSS 軟件電磁仿真
    3.3 電容
    3.4 電阻
    3.5 本章小結
第4章 基于硅 CMOS 的 60 GHz 二倍頻器設計
    4.1 器件特性
    4.2 電路結構
        4.2.1 靜態(tài)工作點設計
        4.2.2 匹配電路的設計
        4.2.3 穩(wěn)定性
    4.3 版圖設計考慮
    4.4 仿真及優(yōu)化
    4.5 本章小結
第5章 基于 GaAs 工藝的 60 GHz 二倍頻器設計
    5.1 電路原理
    5.2 直流偏置網(wǎng)路
    5.3 穩(wěn)定性
    5.4 匹配電路
    5.5 關鍵技術
    5.6 電磁場仿真及優(yōu)化
        5.6.1 電磁場仿真
        5.6.2 電路優(yōu)化
    5.7 電路測試
    5.8 本章總結
第6章 總結和展望
    6.1 工作總結
    6.2 展望
致謝
參考文獻
附錄

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