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Ka波段谐波镜像抑制混频器MMIC设计

作　者: 胡澹
导　师: 徐锐敏
学　校: 电子科技大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: Ka波段 谐波镜像抑制混频器 双巴伦结构 兰格电桥 MMIC
分类号: TN773
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


单片微波集成电路(MMIC)具有体积小、稳定性高、寄生参量小、一致性好、大批量低成本等特点,越来越被广泛的应用于军用和民用电子系统。毫米波混频器是毫米波通讯、雷达、测量和电子对抗等系统的关键部件之一,而镜像抑制混频器在低中频、宽带的情况下可实现良好的镜像抑制,采用谐波混频器可以使本振频率为基波频率的1/2或者1/4,节约了倍频器,从而降低了毫米波系统的成本和技术难度。本文根据谐波平衡理论,采用法国UMS公司的0.25μm GaAs PHEMT工艺线,设计了基于FET的二次谐波镜像抑制混频器芯片,采用0.15μm GaAs PHEMT工艺线设计了基于二极管的四次谐波镜像抑制混频器。在二次谐波镜像抑制混频器的设计中,利用双巴伦结构对由正向并联FET对组成的两个混频单元提供等幅反相的本振信号与兰格电桥提供的两路等幅正交的射频信号进行混频,从而抑制了两个混频单元中的奇次谐波混频分量；通过接地电容和接地电阻对整体电路进行匹配,减小了变频损耗和芯片面积；最终仿真结果表明,在本振频率范围为16-18GHz,射频频率范围为35-37GHz,中频固定为fo时变频损耗为11-11.7dB,镜像抑制度大于26dB。在四次谐波镜像抑制混频器的设计中,利用功分器对由反向并联二极管对组成的两个混频单元提供两路等幅同相的本振信号与兰格电桥提供的两路等幅正交的射频信号进行混频,从而抑制了两个混频单元中的奇次谐波混频分量；通过在射频端加载1/4λLo短和在本振端加载1/4λRo短路枝节抑制了本振信号泄露到射频端口,并实现了本振信号与射频信号的二次混频,从而减小了变频损耗；最终仿真结果表明,在本振频率范围为8.25-9GHz,射频频率范围为34-36GHz,中频范围为0-1GHz时的变频损耗为12.2-13.7dB,镜像抑制度高于28dB,进行实测后得到中频为50MHz、500MHz和1GHz时的变频损耗为12-16dB,镜像抑制度均大于16dB。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 引言  9-14
  1.1 研究意义及背景  9-10
  1.2 国内外发展动态  10-12
    1.2.1 国外发展动态  10-11
    1.2.2 国内发展动态  11-12
  1.3 课题介绍  12-14
    1.3.1 技术指标  12
    1.3.2 方案简介  12-14
第二章 MMIC技术简介  14-30
  2.1 MMIC技术发展简史  14-15
  2.2 MMIC技术特点  15-17
    2.2.1 性能  15
    2.2.2 成本  15-16
    2.2.3 可靠性  16-17
    2.2.4 尺寸和重量  17
  2.3 MMIC应用  17-18
  2.4 MMIC器件及模型  18-26
    2.4.1 半导体材料  18-20
    2.4.2 晶体管概述  20-25
    2.4.3 无源器件介绍  25-26
  2.5 工艺流程介绍  26-30
    2.5.1 工艺线的选择  26-27
    2.5.2 UMS工艺线介绍  27-28
    2.5.3 PHEMT工艺流程介绍  28-30
第三章 混频器原理与分析  30-42
  3.1 混频器的分类  30-32
    3.1.1 二极管混频器  30-31
    3.1.2 阻性混频器  31
    3.1.3 有源FET混频器  31-32
  3.2 混频器的技术指标  32-36
    3.2.1 变频损耗  33
    3.2.2 镜像抑制度  33
    3.2.3 动态范围  33
    3.2.4 噪声系数  33-34
    3.2.5 交调系数  34-35
    3.2.6 驻波比  35
    3.2.7 端口隔离度  35-36
  3.3 镜像抑制混频器原理介绍  36-38
    3.3.1 加装滤波器的镜像抑制混频器  36
    3.3.2 相位平衡式的镜频抑制混频器  36-38
  3.4 谐波混频器原理介绍  38-42
第四章 谐波镜像抑制混频器的设计与仿真  42-60
  4.1 课题介绍  42-43
  4.2 混频器件的分析  43-46
  4.3 二次谐波镜像抑制混频器的设计  46-55
    4.3.1 兰格电桥的设计与仿真  46-48
    4.3.2 巴伦的设计与仿真  48-52
    4.3.3 匹配电路的设计  52-53
    4.3.4 整体电路版图设计和仿真  53-55
  4.4 四次谐波镜像抑制混频器的设计  55-58
    4.4.1 兰格电桥的设计与仿真  55-56
    4.4.2 功分器的设计与仿真  56-57
    4.4.3 电路整体版图的设计与仿真  57-58
  4.5 结果分析和改进意见  58-60
第五章 测试与分析  60-67
  5.1 变频损耗与镜像抑制度的测试  61-65
  5.2 测试结果分析与讨论  65-67
第六章 结论  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-73
读研期间学术成果  73

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 倍频器、分频器、变频器 > 变频器、混频器
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