發(fā)布時間：2018-05-25 08:04

  本文選題：毫米波 + Ka波段��； 參考：《華東師范大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：近年來隨著對高速通信的需求,毫米波通信引起了人們廣泛的研究,其中Ka波段28GHz成為下一代移動通信5G的熱門頻段之一。然而高頻信號在傳播過程中會有大的損耗影響通信質(zhì)量,相控陣技術(shù)因其具有大的天線增益和高的信噪比較好地解決了這一問題。本文基于IBM 0.13μm工藝設(shè)計了一款Ka波段全射頻單通道和四通道相控陣發(fā)射機芯片,主要內(nèi)容如下:(1)Ka-band 1:4 Wilkinson功分器的設(shè)計。它由三個1:2的無源Wilkinson功分器組成,每個無源Wilkinson功分器又由λ/4傳輸線和隔離電阻組成。設(shè)計過程中,ADS momentum工具用來對其進行電磁場仿真以獲得S參數(shù)。經(jīng)過仿真它的輸入輸出回波損耗在工作頻段27.5-28.5GHz內(nèi)分別小于-12dB和-20dB,插入損耗小于2.6dB,各通道之間的隔離度大于20dB。(2)4-bitKa-band相移器的設(shè)計。它是基于開關(guān)LC延時網(wǎng)絡(luò)的相移原理,由22.5°bit、45°bWt、90°bit和180°bit相移器組成。經(jīng)過仿真工作頻段27.5-28:5GHz內(nèi)相移器的大部分相移狀態(tài)輸入輸出回波損耗都小于-10dB。在28GHz頻率處損耗的平均值為-13.7dB,所有狀態(tài)的損耗在平均值上下1.2dB內(nèi)變化。損耗的方均根誤差值在工作頻段內(nèi)小于1dB。方均根相位誤差值在28GHz頻率處為7°,在工作頻段內(nèi)小于9.3°。(3)Ka-band功率放大器的設(shè)計。它由兩級cascode放大器級聯(lián)而成,整體電路采用差分結(jié)構(gòu),輸入輸出由無源balun完成阻抗變換以及差分到單端的轉(zhuǎn)換,級間匹配網(wǎng)絡(luò)由電感電容組成。經(jīng)過仿真28GHz頻率處,PA的飽和輸出功率達到18.4dBm,1dB壓縮點輸出功率達到13.4dBm,最大功率增益達到22dB,峰值和1dB壓縮點處的PAE分別為16.6%和6%,三階交調(diào)點輸出功率為23.4dBm。(4)Ka-band單通道和四通道相控陣發(fā)射機的設(shè)計。單通道相控陣發(fā)射機由4bit相移器和功率放大器組成,四通道電路由四個單通道電路和一個1:4 Wilkinson功分器組成。經(jīng)過仿真單通道電路的S11在工作頻段27.5-28.5GHz內(nèi)16種相移狀態(tài)都小于-10dB,增益的平均值在28GHz處為9.2dB,方均根增益誤差在工作頻段內(nèi)小于1dB,方均根相位誤差在28GHz處為10°,在工作頻段內(nèi)小于10.3°。功率放大器飽和輸出功率的平均值為17.9dBm,1dB壓縮點輸出功率的平均值為13.4dBm,最大功率附加效率的平均值為7.5%。對于四通道電路,各通道相移和增益曲線具有幾乎一樣的頻率特性,各通道之間的隔離度在工作頻段27.5-28.5GHz內(nèi)大于48dB,每一通道的反向隔離度大于65dB。
[Abstract]:In recent years, with the demand of high-speed communication, millimeter-wave communication has been widely studied, among which Ka-band 28GHz has become one of the most popular frequency bands in the next generation mobile communication. However, the high frequency signal will have a large loss in the process of transmission, which is solved by phased array technology because of its large antenna gain and high signal-to-noise ratio (SNR). Based on IBM 0.13 渭 m process, a Ka-band all-RF single-channel and four-channel phased array transmitter chip is designed in this paper. The main contents are as follows: 1 ~ (-1) Ka-band 1:4 Wilkinson splitter. It consists of three 1:2 passive Wilkinson power dividers, each of which is composed of 位 / 4 transmission lines and isolation resistors. In the process of design, ads momentum tool is used to simulate electromagnetic field to obtain S parameters. The simulation results show that the input and output echo loss is less than -12dB and -20dB in 27.5-28.5GHz and the insertion loss is less than 2.6dB. the isolation of each channel is greater than that of 20dB.(2)4-bitKa-band phase shifter. It is based on the phase-shift principle of switched LC delay network and consists of 22.5 擄bit-45 擄BWT 90 擄bit and 180 擄bit phase shifter. Most of the phase shift states of the 27.5-28:5GHz internal phase shifter are less than -10 dB after simulation. The average loss at the 28GHz frequency is -13.7 dB, and the loss of all states varies within the average 1.2dB. The root mean square error of loss is less than 1 dB in the working frequency. The square root phase error is 7 擄at 28GHz frequency and less than 9.3 擄. It is composed of two stage cascode amplifier cascaded, the whole circuit adopts differential structure, the input and output is completed impedance transformation by passive balun and the difference to single terminal conversion. The interstage matching network is composed of inductance and capacitance. After simulation, the saturated output power of PA at 28GHz frequency reaches 18.4 dB compression point output power, the maximum power gain reaches 22 dB, the PAE at peak value and 1dB compression point is 16. 6% and 6, respectively, and the output power of third order intersecting point is 23.4dBm.(4)Ka-band single channel and four channels. The maximum power gain is 22 dB and the PAE at the peak value and 1dB compression point are 16. 6% and 6. 5% respectively. The output power of the third order intersecting point is 23.4dBm.(4)Ka-band single channel and four. Design of Channel phased Array transmitter. The single channel phased array transmitter is composed of 4bit phase shifter and power amplifier, and the four channel circuit is composed of four single channel circuits and one 1:4 Wilkinson power divider. The S11 phase shift states of the single channel circuit are all less than -10 dB in the operating frequency band 27.5-28.5GHz, the average gain is 9.2 dB at 28GHz, the square root gain error is less than 1 dB in the working frequency band, the square root mean phase error is 10 擄at the 28GHz and is less than 10.3 擄in the working frequency band. The average saturation output power of the power amplifier is 17.9dBm-1 dB the average output power of the compression point is 13.4dBmand the average value of the maximum power addition efficiency is 7.5dBm. For four-channel circuits, the phase shift and gain curves of each channel have almost the same frequency characteristics. The isolation degree of each channel is greater than 48 dB in the operating frequency band 27.5-28.5GHz, and the inverse isolation degree of each channel is more than 65 dB.
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN838

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本文編號：1932705