毫米波开关低噪声放大器研究

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无线通信是当今社会的重要组成部分,随着技术发展,传统射频频带资源接近饱和,而无线通信传输信息量却日益增加,无线通信系统要求传输速度越来越快。毫米波频段可以提供非常丰富的频率资源,让数据实现更高速的传输,近年来,无线通信技术已逐渐在毫米波频段拓展。在毫米波无线收发机中,毫米波开关用于发射通路和接受通路信号的选择,其插入损耗、隔离度、功率容量等性能对整个系统的噪声系数和输出功率有很大的影响,因此,对毫米波开关进行研究具有一定的现实意义。  本文介绍了毫米波开关国内外的历史和发展研究状况,介绍了毫米波集成电路中常用器件。无源器件中分析了电阻电容的等效电路,有源器件中着重介绍了膺配高电子迁移率晶体管(pHEMT)的大小信号模型,同时讨论了开关设计中的常用结构,对各种结构开关的优缺点进行了比较,介绍了开关的主要性能指标,在此基础上,采用0.1um GaAs工艺肖特基二极管设计了毫米波单刀双掷、单刀四掷开关,在片测试显示,单刀双掷开关在33GHz以下,插损小于2.1dB,隔离度大于23dB,单刀四掷开关,插损小于2.8dB,隔离度大于26dB。同时在0.18umCMOS SOI工艺上设计了集成控制模块的单刀双掷微波开关,在9GHz以下,开关插损小于1.7dB,隔离度大于28.5dB,开启时间为1.06us。  为了优化毫米波开关的隔离度,本文提出了采用低噪声放大器和Lange耦合器组成模块构成具有新型毫米波开关。采用源退化共源极四级级联结构,在0.15um GaAs pHEMT工艺上设计了Ka波段的低噪声放大器,同时设计了中心频点在30GHz的Lange耦合器,并将两个低噪声放大器的输入使用Lange耦合器级联整体作为毫米波开关模块。最后给出了整个模块的电磁场仿真结果。
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