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微波控制电路在现代电子系统中有着广泛的应用,比如相控阵雷达、电子对抗和智能天线系统等。微波单片集成电路技术(MMIC)是实现微波控制电路的关键技术,其中GaAs场效应晶体管(FET)管芯在电路设计中作为控制器件,是进行MMIC控制电路设计的基础。本论文就MMIC微波控制电路GaAs FET管芯建模进行探索和研究。
本文先给出了单指栅宽固定的GaAs FET控制管芯模型以及它的改进模型。圆片工艺线设计套件提供的原始模型,只适用6GHz以下频率的设计要求,而改进后的模型可适用于超宽带微波控制电路设计。改进后模型的工作频率范围为0.1GHz~26.1GHz。从改进模型仿真得到的传输、反射特性与测试所得S参数特性对比可见,改进模型有很高的建模精度。
本文重中之重在于通用微波控制电路模型的研究,其中给出了完整的比例缩放关系。通用模型中所有电阻、电容和电感元件均有各自的比例缩放关系。并且给出的比例缩放关系均考虑了单指栅宽和栅指数的影响。本文除了验证通用模型的建模精度,对于比例缩放关系也给出了初步的验证。另外,该通用模型对单指栅宽没有指定要求,使得MMIC电路设计师有很大的设计灵活性。总体而言,本文给出的通用GaAs FET控制电路模型给MMIC控制电路设计提供了很好的解决方案。
最后,本文给出了一个2-18GHz六位MMIC数字微波衰减器和一个6-18GHz五位MMIC数字移相器的设计和测试结果,以便验证建模的有效性和可信度。结果表明,本文研究的建模方法和结果能够满足MMIC微波控制电路设计的要求。本文所研究的微波控制电路GaAs场效应晶体管(FET)管芯开关模型方法和结果对类似器件建模具有普遍的参考价值和意义。