發(fā)布時間：2021-01-18 15:43

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,近年來射頻收發(fā)機系統(tǒng)對成本、功耗、集成度的要求越來越高,并且隨著雷達(dá)、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越普及,頻段已經(jīng)延伸至毫米波/太赫茲,對信號源的指標(biāo)要求也有了更高的標(biāo)準(zhǔn)。因此在毫米波/太赫茲頻段上設(shè)計出一個高純度、寬帶、高穩(wěn)定度的信號源是當(dāng)前一個重要研究方向。本文介紹了毫米波頻段的研究背景與意義,闡述了信號源技術(shù)以及近年來國內(nèi)外關(guān)于毫米波信號源的研究現(xiàn)狀,分析了壓控振蕩器和倍頻器的理論知識和實現(xiàn)電路振蕩與倍頻的幾種常見方法,以及設(shè)計時所遇到的難題。其中對無源器件包括片上螺旋電感,微帶線,共面波導(dǎo),巴倫進行了分析與電磁仿真。本文基于IHP 130nm SiGe BiCMOS工藝設(shè)計出了兩款毫米波信號源電路,第一款為:基于壓控振蕩器技術(shù)的140GHz正交壓控振蕩器毫米波信號源;第二款為:基于倍頻器技術(shù)的220GHz毫米波信號源。對于基于壓控振蕩器技術(shù)的毫米波信號源,設(shè)計采用兩個差分Colpitts結(jié)構(gòu)壓控振蕩器單元,通過共模點超諧波耦合技術(shù)使振蕩器產(chǎn)生正交信號,并提出了毫米波正交信號相位誤差的測試方法。電路仿真結(jié)果表明:振蕩器調(diào)諧范圍覆蓋133GHz-150GHz,相對調(diào)諧... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

基督教多普勒集成雷達(dá)傳感器實驗室和約翰內(nèi)斯·開普勒大學(xué)設(shè)計的毫米波信號源2014年，新加坡南洋理工大學(xué)的YangShang,HaoYu,PengLi等人基于65nm

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文3圖1.2基督教多普勒集成雷達(dá)傳感器實驗室和約翰內(nèi)斯·開普勒大學(xué)設(shè)計的毫米波信號源2014年，新加坡南洋理工大學(xué)的YangShang,HaoYu,PengLi等人基于65nmCMOS工藝通過運用零相位耦合振蕩器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了一個140GHz高輸出功率、高效率的注入鎖定毫米波信號源。每個振蕩器單元均由70GHz零相位偏移和0.4dB損耗的叉指耦合器設(shè)計，通過push-push倍頻器進一步倍頻至140GHz。在每個振蕩單元頻率133.5GHz下，電路調(diào)諧范圍為9.7%，輸出功率為3.5mW，功率效率為2.4%，功率密度為26.9mW/mm2，對應(yīng)的芯片面積為0.13mm2，如圖1.3所示[19]。圖1.3新加坡南洋理工大學(xué)設(shè)計的毫米波信號源2015年，韓國大田市科學(xué)技術(shù)高級研究所的HyunjiKoo,Choul-YoungKim等人基于65nmCMOS工藝通過運用Push-Push變壓器實現(xiàn)了一款高效率和寬調(diào)諧范圍的壓控振蕩器，電路的供電電壓為1.2V，振蕩頻率239GHz，輸出功率大小為-4.8dBm，轉(zhuǎn)換效率為1.45%，振蕩器調(diào)諧范圍為12.5%，在10MHz頻偏處，相位噪聲大小為-110dBc/Hz，如圖1.4所示[20]。

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1.4韓國大田市科學(xué)技術(shù)高級研究所設(shè)計的壓控振蕩器2015年，英特爾公司移動無線集團的NitzanOz,EmanuelCohen基于28nmCMOS工藝設(shè)計了一款頻率覆蓋范圍在105GHz-130GHz，用于F波段頻率的高功率二倍頻器，電路采用1.1V低壓工藝設(shè)計。為縮小倍頻尺寸，他們提出了一種縮短輸入網(wǎng)絡(luò)中二次諧波并平衡基頻輸入巴倫的新方法，倍頻器在120GHz時的峰值輸出功率為4dBm，偏置電壓為0V時效率為18％，最大倍頻增益為-2.2dB，直流功耗僅為14mW，芯片占用的尺寸為0.03mm2。該設(shè)計是通過運行完整的EM仿真和元件提取實現(xiàn)的，從而獲得出色的測量模擬擬合，如圖1.5所示[21]。圖1.5英特爾公司移動無線集團設(shè)計的用于F波段頻率的高功率二倍頻器2016年，美國倫斯勒理工學(xué)院的SriramMuralidharan,KefeiWu,MonaHella基于130nmSiGeBiCMOS工藝提出了一種放大器-倍頻鏈，倍頻器單元輸入端使用二次諧波反射器以減少轉(zhuǎn)換損耗。在輸出頻率204GHz處最大輸出功率為5dBm，輸出頻率為165GHz-230GHz，3-dB帶寬覆蓋65GHz，相對帶寬為32.5%，直流功耗為0.38W，該芯片大小為0.74×0.38mm2，如圖1.6所示[22]。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]電感電容壓控振蕩器[D]. 唐長文.復(fù)旦大學(xué) 2004

碩士論文
[1]K波段六次倍頻濾波多功能MMIC的研究[D]. 王任遠(yuǎn).電子科技大學(xué) 2018
[2]毫米波倍頻器研究與設(shè)計[D]. 姜文杰.杭州電子科技大學(xué) 2018
[3]基于CMOS的毫米波倍頻器研究與設(shè)計[D]. 呂翔宇.杭州電子科技大學(xué) 2018
[4]基于CMOS工藝的毫米波寬帶混頻器設(shè)計[D]. 王龍.杭州電子科技大學(xué) 2018
[5]3mm波段倍頻器與諧波混頻器[D]. 明宇.電子科技大學(xué) 2013
[6]Ka全頻段四倍頻器的研制[D]. 關(guān)華平.電子科技大學(xué) 2007



本文編號：2985207