太赫茲頻段作為下一代移動通信技術(shù)的重要頻段,具有頻譜資源豐富和數(shù)據(jù)傳輸速率高等特點(diǎn),非常適用于大連接、多用戶的實(shí)時通信等場景,因此太赫茲無線通信技術(shù)已成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研究的熱點(diǎn)之一。然而,當(dāng)無線通信系統(tǒng)工作在太赫茲頻率時,信號傳輸過程中產(chǎn)生的空間路徑損耗會非常嚴(yán)重,為了不影響通信質(zhì)量,太赫茲無線通信系統(tǒng)往往采用相控陣技術(shù),并采用射頻性能優(yōu)異的化合物半導(dǎo)體（III-V族）工藝制備所需的射頻器件。然而,要實(shí)現(xiàn)太赫茲無線通信系統(tǒng)的大規(guī)模商用,必定會約束通信設(shè)備的制作成本。為了降低成本,一方面可以采用基于雙向放大器的新型收發(fā)機(jī)架構(gòu),減少射頻模塊的數(shù)量;另一方面也可以采用低成本、高集成度的硅基工藝制作射頻器件。因此,采用硅基工藝設(shè)計(jì)高性能雙向放大器芯片對太赫茲無線通信技術(shù)的商業(yè)化普及和推廣具有重大意義。本文圍繞硅基太赫茲雙向放大器關(guān)鍵技術(shù)開展研究。首先調(diào)研了已發(fā)表的有關(guān)雙向放大器的文章,總結(jié)歸類了現(xiàn)有雙向放大器的拓?fù)漕愋?并分析了各類雙向放大器的工作原理。然后介紹了放大器的主要性能指標(biāo)及其意義。基于上述理論基礎(chǔ),針對寬帶寬、高增益需求設(shè)計(jì)了兩款太赫茲放大器,并提出了新型太赫茲雙向放大器拓?fù)�。�?.. 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【圖文】：

圖2-1時分雙工收發(fā)機(jī)架構(gòu)(a)射頻開關(guān)型;(b)環(huán)形器型

簡化的無開關(guān)型雙向放大器的示意圖如圖2-2(a)所示,主要包含兩個雙向阻抗變換網(wǎng)絡(luò)、低噪聲放大器核心電路、功率放大器核心電路以及未做說明的偏置電路、控制電路等。由MOS晶體管的特性可知,MOS晶體管在開啟和關(guān)閉時表現(xiàn)出的阻抗不同,利用此原理可以構(gòu)建三端口阻抗變化網(wǎng)絡(luò),對兩種工作模式同時進(jìn)行匹配。其工作原理以天線端口作以說明,在接收模式下,如圖2-2(b)所示,功率放大器中的MOS晶體管處于關(guān)閉狀態(tài),其看進(jìn)去的阻抗ZPA_OFF參與低噪聲放大器輸入端與天線端的阻抗匹配,并保證天線端口看向功率放大器的阻抗值為無窮大。發(fā)射模式的工作原理與接收模式相反,如圖2-2(c)所示。2.2 雙向放大器的主要性能指標(biāo)

截止頻率fT定義為晶體管的電流放大系數(shù)下降到1時對應(yīng)的頻率,是表征晶體管高頻特性的最常用的一個參量。最大諧振頻率fmax是晶體管的功率增益為1時對應(yīng)的頻率,也是表征晶體管高頻特性的參量[32,33]。隨著放大器的工作頻率越來越高,特別是到達(dá)太赫茲后,研究晶體管的截止頻率fT和最大諧振頻率fmax顯得尤為重要。MOS管在高頻狀態(tài)下的等效電路模型如圖2-3所示,可用于計(jì)算MOS管的截止頻率fT和最大諧振頻率fmax。假設(shè)將共源接法的MOS的漏極交流接地,柵極由一個理想電流源驅(qū)動。在這樣的電路結(jié)構(gòu)里,漏-襯底電容Cdb和柵串聯(lián)電阻對電流增益都不起作用。進(jìn)一步假定,柵漏電容Cgd只在計(jì)算輸入阻抗時被考慮,而對通過其在輸出電流中的正向饋送電流的貢獻(xiàn)則忽略不計(jì)。這樣,電流增益可寫為:

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]太赫茲通信技術(shù)研究進(jìn)展及空間應(yīng)用展望[J]. 李欣,徐輝,禹旭敏,朱正賢.  空間電子技術(shù). 2013(04)
[2]太赫茲空間應(yīng)用研究與展望[J]. 姚建銓,鐘凱,徐德剛.  空間電子技術(shù). 2013(02)
[3]太赫茲技術(shù)空間應(yīng)用研究探討[J]. 林栩凌,阮寧娟,周峰.  航天返回與遙感. 2012(01)
[4]微波固態(tài)電路設(shè)計(jì)[J]. 顧墨琳.  微波學(xué)報(bào). 1989(04)



本文編號：3472420