60GHz毫米波通信前端集成技術(shù)研究.pdf

1、毫米波前端通信系統(tǒng)在無線網(wǎng)絡(luò)日益發(fā)達(dá)的今天可謂是占有舉足輕重的地位,隨著高清晰度電視的廣泛應(yīng)用,如高清機頂盒、藍(lán)光DVD播放機、個人手持設(shè)備與個人電腦之間的海量數(shù)據(jù)交互以及無線顯示等應(yīng)用都對無線高速傳輸提出了挑戰(zhàn)。這些遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了目前無線通信系統(tǒng)所提供的傳輸能力。因此,必須通過新型的無線通信技術(shù)來滿足這些應(yīng)用的需求。這些應(yīng)用主要是在2~20米范圍內(nèi)提供傳輸速率高達(dá)幾吉比特每秒甚至幾十吉比特每秒的無線傳輸。60GHz毫米波技術(shù)為這種高速傳輸

2、提供了有效的手段。本文主要就是研究60GHz毫米波通信前端系統(tǒng)集成技術(shù)的研究與應(yīng)用。
　　首先論文根據(jù)毫米波的特點與應(yīng)用,簡要介紹了毫米波頻段的物理特性,在各領(lǐng)域中的應(yīng)用與優(yōu)缺點,并結(jié)合毫米波通信前端的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀以及與之相關(guān)的應(yīng)用研究,介紹了毫米波頻段在通信、軍事、醫(yī)學(xué)、汽車電子等領(lǐng)域的優(yōu)勢以及廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展方向。
　　結(jié)合傳輸線與微帶線的相關(guān)理論,論文介紹了微帶帶通濾波器的工作原理與設(shè)計思路,并且在傳統(tǒng)平行耦合帶

3、通濾波器的基礎(chǔ)上設(shè)計了zigzag帶通濾波器,進(jìn)而優(yōu)化了帶通濾波器的面積與性能。同時介紹了微帶-波導(dǎo)探針過渡結(jié)構(gòu)的設(shè)計與仿真以及微帶陣列天線的設(shè)計方法與仿真。此外結(jié)合有源器件理論對倍頻器、混頻器、低噪聲放大器進(jìn)行了選取。
　　在濾波器、微帶-波導(dǎo)探針過渡結(jié)構(gòu)、微帶陣列天線等關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計和實現(xiàn)了毫米波八倍頻源。毫米波八倍頻源在功能上要求實現(xiàn)信號的八倍頻,并通過微帶-波導(dǎo)過渡結(jié)構(gòu)進(jìn)行信號的傳輸。結(jié)合自身條件與實驗室條件,采用混

4、合集成電路形式,將7.25~8GHz的信號倍頻至毫米波頻段。該毫米波八倍頻源主要由四倍頻芯片,30GHz頻段帶通濾波器,二倍頻芯片,60GHz頻段帶通濾波器,微帶-波導(dǎo)過渡結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
　　本課題重點將60GHz毫米波收發(fā)前端子系統(tǒng)的設(shè)計與測試作為論文的主要工作。毫米波前端通信子系統(tǒng)要求完成收發(fā)通信、上變頻、下變頻等功能。收發(fā)子系統(tǒng)鏈路結(jié)構(gòu)相似,主要由四倍頻電路、濾波器、亞諧波混頻器、低噪聲放大器、微帶陣列天線組成。接收前端子系統(tǒng)與

5、發(fā)射前端子系統(tǒng)均采用亞諧波混頻的方式,接收子系統(tǒng)將射頻信號與四倍頻后的本振信號進(jìn)行亞諧波下變頻產(chǎn)生中頻信號,發(fā)射子系統(tǒng)則將未調(diào)制的中頻基帶信號與四倍頻后的本振信號進(jìn)行亞諧波上變頻產(chǎn)生射頻信號。
　　論文分析了八倍頻源以及毫米波收發(fā)前端子系統(tǒng)的種類與性能指標(biāo),由此提出設(shè)計方案,根據(jù)方案采用軟件仿真的方法分析了系統(tǒng)的性能指標(biāo)。接著重點分析了八倍頻源與毫米波前端收發(fā)子系統(tǒng)所涉及的各種有源無源電路的原理、指標(biāo)、設(shè)計方法與性能驗證。在完成仿

6、真設(shè)計后,對八倍頻源、毫米波收發(fā)前端子系統(tǒng)的版圖以及外圍機械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計與布局,以減小信號的輻射與干擾。設(shè)計完成后經(jīng)過加工得到的實物硬件,通過組裝、貼片、鍵合來實現(xiàn)電路連接與系統(tǒng)功能,最后進(jìn)行實際測試并對測試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,通過測試分析得出結(jié)論,八倍頻源的輸出功率在誤差范圍內(nèi)基本滿足預(yù)期指標(biāo),毫米波收發(fā)前端子系統(tǒng)也實現(xiàn)了收發(fā)通信,上變頻,下變頻功能。
　　綜上所述,論文完成了八倍頻源以及毫米波收發(fā)前端子系統(tǒng)的電路設(shè)計,并達(dá)到了預(yù)