【摘 要】
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随着移动通信在社会发展中扮演着越来越重要的角色,用户对于通信设备的通信速率等体验有着更高的需求。基于现有通信技术,通信速率的提高依赖于可用带宽的拓展,由于高频宽带等特点,39GHz等毫米波频段被纳入5G频谱。为提升毫米波通信系统覆盖等性能,需采用相控阵波束赋形等关键技术。作为相控阵通信系统中不可或缺的模块,移相器具有十分重要的研究价值。移相器是一个能够改变信号相位的模块,其通过调整不同通道中信号的
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随着移动通信在社会发展中扮演着越来越重要的角色,用户对于通信设备的通信速率等体验有着更高的需求。基于现有通信技术,通信速率的提高依赖于可用带宽的拓展,由于高频宽带等特点,39GHz等毫米波频段被纳入5G频谱。为提升毫米波通信系统覆盖等性能,需采用相控阵波束赋形等关键技术。作为相控阵通信系统中不可或缺的模块,移相器具有十分重要的研究价值。移相器是一个能够改变信号相位的模块,其通过调整不同通道中信号的相位,使这些信号叠加后能够在特定方向上能够产生较大的发射与接收功率。基于65-nm CMOS工艺,本文设计了一款6-bit差分型开关网络结构的移相器电路,其在39GHz可实现360°范围移相。具体而言,其由6个LC网络的相移模块级联而成,并通过电压控制NMOS开关管,从而实现对相位的控制。在具体的实现方案上,180°的相移模块采用了信号极性的翻转结构,而其余模块主要采用低通与带通网络。这样的设计结构既实现了较好的阻抗匹配,又能在较宽的频带内实现一个恒定的相移。为提升电路的噪声抑制等性能,该移相器采用差分结构。考虑到系统应用需求,本文最终采用5-bit方案实现180°相移功能,并完成流片及测试验证工作。测试结果显示,移相器在36-43GHz的工作频段内均方相位误差小于3°,平均插入损耗小于8d B,插入损耗的变化范围小于3d B（插入损耗变化的均方值小于1d B）,输入输出的回波损耗小于-10d B。在工作频带内,该电路在43GHz达到最大损耗值9d B,整体变化范围为5.4-9d B。由于本身采用无源型结构,移相器的静态功耗近似为0。以上测试结果与仿真结果基本相符,满足系统需求。与参考文献相比,该设计具有更宽的恒定相移带宽、更小插入损耗与更小的插入损耗变化值。
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