毫米波倍頻器的研究與設計.pdf

1、隨著通信系統(tǒng)的工作頻率不斷向毫米波亞毫米波頻段的發(fā)展,要獲得穩(wěn)定性高和相噪特性良好的毫米波源變得至關重要。但是,直接獲得頻率很高的頻率源是比較困難的,而通過倍頻器可以基于頻率較低的信號源實現(xiàn)非常高的頻率源輸出。倍頻器的輸出是基波頻率的諧波頻率,這樣可以降低輸入信號的頻率,在工藝等各方面比較成熟的低頻段進行。毫米波倍頻器是毫米波系統(tǒng)中常用的部件,它是頻率合成器和倍頻鏈等毫米波設備的關鍵模塊。近年來,倍頻器也越來越多的用在毫米波超外差接收機

2、的本振源中。隨著倍頻器的應用日益廣泛,國內外對倍頻器的研究也越來越多。鑒于此,本文的主要研究內容是基于先進的 GaAs工藝和成熟的硅CMOS工藝分別設計了兩種工作于60GHz頻段的二倍頻器。
　　本文對毫米波倍頻器的國內外研究現(xiàn)狀進行了調研,綜述了毫米波倍頻器的發(fā)展及設計,比較了各種常見拓撲結構的優(yōu)劣,并以此為基礎確定了本文基本的電路拓撲結構;同時分析了有源倍頻理論;然后利用ADS Momentum和HFSS對傳輸線、電感等無源器

3、件進行了電磁場仿真及優(yōu)化,為倍頻器的版圖設計提供了基礎。
　　基于TSMC90nm CMOS工藝,本文設計了一種低功率超緊湊的毫米波二倍頻器。這個倍頻器采用有源晶體管來產生輸入基頻信號的諧波,并在輸出端抑制無用的信號。該倍頻器的優(yōu)點是轉換損耗低、結構緊湊、芯片面積小、電路拓撲結構十分簡單。經過設計規(guī)則檢查(DRC)、版圖與電路圖一致性檢查(LVS)之后,當輸入頻率在27~33 GHz范圍內時,電路后仿真結果為:轉換損耗小于5 dB

4、,基波抑制超過25 dB。柵極偏置電壓為0.45 V和漏極偏置電壓為1.2 V時,倍頻器的總直流功耗是9 mW。芯片面積(包含pad)為0.27 mm2。
　　基于GaAs工藝,本文設計了一種輸出頻率為54~66 GHz的有源單端毫米波二倍頻器。對整體電路進行了全波仿真,并實現(xiàn)了良好的性能。整體電路的全波仿真結果為:在工作頻帶27~33 GHz內,輸出功率大于0 dBm,變頻損耗小于5 dB,基波抑制大于15 dB,三次諧波抑制大