基于SiGe工藝的W波段三倍頻器的設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著無(wú)線技術(shù)的快速發(fā)展，頻譜資源變得日益可貴，毫米波頻段逐漸引起人們的重視，其中W波段已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。一方面，SiGe BiCMOS工藝由于精度高、尺寸小和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于毫米波器件或系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，因此，基于該工藝設(shè)計(jì)W波段器件和系統(tǒng)具有非?？捎^的前景。另一方面，三倍頻器是毫米波信號(hào)鏈路中的重要器件，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有著重要作用。因此，本文將基于0.13μm SiGe BiCMOS工藝對(duì)W波段三倍頻器進(jìn)行具體的研究與設(shè)計(jì)。本文主要

2、工作如下：
　　第一章簡(jiǎn)要回顧了毫米波單片微波集成電路的研究背景及發(fā)展現(xiàn)狀，簡(jiǎn)要介紹了毫米波單片微波集成電路工藝，簡(jiǎn)要總結(jié)了W波段倍頻器的發(fā)展現(xiàn)狀。
　　第二章詳細(xì)論述了二極管和三極管的非線性倍頻理論，并對(duì)這兩種倍頻器件的單管和單平衡兩種倍頻結(jié)構(gòu)的工作機(jī)理進(jìn)行了具體的分析。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：三極管倍頻相對(duì)于二極管倍頻而言，其性能更好，靈活性更高且應(yīng)用范圍更廣，因此本文中所有設(shè)計(jì)皆采用三極管倍頻。
　　第三章設(shè)計(jì)了幾種倍頻器

3、所需的無(wú)源器件：W波段濾波器應(yīng)用于單管倍頻器中，它采用了四階1/4波長(zhǎng)階躍阻抗諧振器(SIR，stepped impedance resonator)加源負(fù)載耦合的形式，在通帶外產(chǎn)生了四個(gè)零點(diǎn)，該結(jié)構(gòu)克服了芯片級(jí)濾波器尺寸太大的難題，并通過(guò)調(diào)整低頻阻帶抑制來(lái)增加倍頻器基波和高次諧波抑制；Ka和W波段巴倫應(yīng)用于單平衡倍頻器中，它利用工藝的多層結(jié)構(gòu)并采取類似于螺旋電感的結(jié)構(gòu)來(lái)降低其設(shè)計(jì)尺寸，并在設(shè)計(jì)中采用了補(bǔ)償線的方法來(lái)降低其相位不平衡度，

4、同時(shí)該巴倫也兼顧了帶寬大和插損低兩大優(yōu)勢(shì)。
　　第四章在分析SiGe工藝器件模型的基礎(chǔ)上，對(duì)三種三倍頻器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并利用射頻仿真軟件對(duì)其進(jìn)行了完整的仿真驗(yàn)證。在偏置點(diǎn)的選取上，本次設(shè)計(jì)不僅給出了理論分析依據(jù)，并且利用仿真軟件直接提取偏置點(diǎn)相關(guān)參數(shù)，理論與仿真相結(jié)合，使得設(shè)計(jì)更加可靠；其次，本次設(shè)計(jì)采用了負(fù)載牽引的方法來(lái)提取三次倍頻器的源和負(fù)載最佳阻抗點(diǎn)，從而可以得到最大的三次諧波輸出功率。
　　第五章主要設(shè)計(jì)了

5、三種三倍頻器的版圖，并簡(jiǎn)要介紹了本次設(shè)計(jì)的工藝流程和測(cè)試方法，該版圖設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵從工藝要求，最終版圖已經(jīng)符合加工要求。其版圖部分仿真結(jié)果如下：在輸入功率都為0dBm的情況下，單管倍頻器在80~90GHz的帶寬內(nèi)插損為小于6.5dB，其3dB帶寬可達(dá)22GHz以上，一次、二次諧波抑制度(這里的諧波抑制度是指諧波與輸入基波功率之比)均大于25dB；單平衡倍頻器在80~90GHz的帶寬內(nèi)插損為小于4.5dB，其3dB帶寬可達(dá)30GHz以上，一次