刘宇[1]2009年在《Ka频段收发信机单元电路单片集成电路研究》文中研究说明基于GaAs PHEMT(赝匹配型高电子迁移率管)工艺制作的微波／毫米波单片集成电路(MMIC)具有优异的高频特性、功率特性和低噪声特性,因此被广泛的应用于毫米波通信系统、毫米波雷达系统等领域。本文设计了若干Ka频段收发信机单元部件MMIC,通过商用的0.2μm GaAs PHEMT和0.15μm GaAs PPHEMT(功率PHEMT)工艺实现流片并完成测试。同时研究了多功能单元的集成技术、非线性稳定性分析技术和提高单元电路稳定性技术。主要内容摘要如下：(1)研究了非线性稳定性分析方法,并通过增加可变终端阻抗进行了改进,使仿真环境更接近于MMIC的实际使用情况,可得到更实际的仿真结果。(2)研究并完成了Ka频段镜频抑制二次谐波低噪声下变频器芯片,该芯片实现了Ka频段低噪声放大(LNA)及镜频抑制平衡式混频等多个功能单元的单片集成,面积仅为2mm×1.5mm。其中低噪声放大单元采用两级共源放大拓扑结构,偏置采用电阻分压方式；镜频抑制平衡式混频单元采用小型化Marchand Balun和阻性PHEMT器件构建偶次谐波混频单元,并应用Lange耦合电桥实现镜频抑制混频器的宽带特性；同时,利用改进的非线性稳定性分析方法指导上述功能单元的级联电路设计。测试表明,该芯片在整个30～40GHz频段内变频损耗小于10dB,镜频抑制度大于15dB。(3)研究并完成了Ka频段400mW功率放大器芯片的设计,该芯片采用片上功率合成技术,在35GHz处,小信号增益大于6dB,饱和输出功率大于26dBm。(4)研究并完成了Ka频段瓦级功率放大器芯片的设计,该芯片采用片上功率合成、模拟负载牵引和改进非线性稳定性分析等技术实现,并在功放输出端设计了一个低频及谐波抑制电路,可有效抑制低频振荡和提高谐波抑制度。实验结果表明,在28～31GHz范围内,小信号增益大于15dB,在28～29GHz范围内,饱和输出功率大于30dBm。(5)研究了提高MMIC中传统CS/CG有源Balun宽带相位特性的方法,基于该方法设计完成了新颖的超宽带平衡式二倍频器芯片。该芯片由CS/CG Balun、两个FET倍频单元、分布式放大单元和两级共源放大器组成；实现了超过4个倍频程的倍频特性,并具有奇次谐波抑制功能。测试显示该倍频器芯片可工作在输入频率为1.5-25GHz的频带内。输出3dB带宽为4～42GHz,倍频增益大于0dB。
税兰英[2]2007年在《Q波段宽带四倍频器的研制》文中研究指明低成本、小型化、高性能的Q波段倍频源目前在国内还未见相关报道，具有很高的工程应用价值。本论文中的Q波段宽带四倍频器采用两次二倍频来实现，输入为SMA接头，输出为BJ-400波导。整个倍频器主要由两级宽带二倍频器、宽带带通滤波器、毫米波放大器、微带—波导转换五部分组成。本文重点分析了肖特基势垒二极管偶次倍频原理、FET倍频原理和谐波平衡法，并根据倍频器的设计理论，建立了电路拓扑结构，再利用谐波平衡分析法对具体倍频电路进行仿真优化，设计了毫米波平衡式无源二倍频器和Q波段宽带有源四倍频器。分别阐述了其设计思路和实现方式，最后对整体电路进行了结构设计和加工，并对设计结构进行了指标测试，提出了下一步改进意见。研制过程中，主要攻克了以下技术难点：(1)、宽带技术：课题相对带宽超过40％，本设计从方案确定、器件选择等方面都从宽带技术角度考虑，以保证整个电路结构的宽带特性，使器件在全频段内都能满足指标要求。(2)、小型化技术：指标给定的外形尺寸很小，采用单层电路很难实现，需采用上下分腔的立体结构，合理利用有限的腔体空间，在满足电性能情况下达到指标尺寸要求。(3)、较高的谐波抑制度：采用有较高加工精度的薄膜工艺研制了一个宽带、小尺寸、对谐波抑制性能好的宽带滤波器以滤除电路中谐波。测试结果表明：在整个Q波段四倍频器的输出功率：≥10.5dBm，谐波抑制：≥31.6dBc；腔体尺寸：≤59.5×22.6×8.6mm~3；重量：≤120g，所有指标均优于设计要求，性能已达到国内先进水平。该Q波段四倍频器具有频带宽、体积小、输出功率高、谐波抑制度大和环境要求高等特点。该四倍频器可广泛应用于发射机、频率合成器、接收机本振源等各种电子设备中，具有较高的工程应用价值。
关华平[3]2007年在《Ka全频段四倍频器的研制》文中认为本文介绍了宽带倍频技术，包含非线性器件的非线性特性、倍频器的谐波平衡分析方法、单平衡结构电路的倍频原理、巴伦的常见种类和特点等。在此基础上研制了Ka全频段四倍频器，该四倍频器由两个二倍频器级联实现。在输入端，6.625～10GHz的信号经过第一级二倍频器倍到13.25～20GHz，然后通过滤波放大电路以进一步抑制第一级二倍频器输出的基波和奇次谐波成分，并放大二次谐波功率。此后，信号再次经过二倍频后输出Ka全频段的宽带信号。为了更好地抑制不需要的基波和叁次谐波，扩展带宽，两级倍频器均采用平衡电路结构。综合考虑各级二倍频器的频率、性能和尺寸大小，本文选择传统的Marchand巴伦设计了第一级二倍频器，第二级二倍频器则采用具有较好性能的鳍线倍频。本文在研制过程中，先后对所采用的两种结构的倍频电路进行了实验，以确认其结构的可行性。在设计过程中，利用系统仿真工具ADS和场仿真工具CST、HFSS等对局部电路进行了仿真和优化，在仿真结果良好的情况下制作了该四倍频器实物电路。最后的测试结果和预期目标比较吻合，在输入功率为10dBm时，测得四倍频器的输出功率≥5dBm，谐波抑制度在30dBc以上。最后，本文还对第一级二倍频器所采用的Marchand巴伦进行了改进，并在此基础上制作了二倍频器的实验电路，该电路的测试结果表明，由这种改进后的巴伦制作的二倍频器在倍频损耗上有所改善，并且具有更小的电路尺寸。
陈奉云[4]2017年在《8～16GHz的宽带无源倍频器MMIC的研究》文中研究说明随着半导体材料以及微波通信技术的蓬勃发展,原本应用于雷达、军事宽带通信领域的微波电路在手机基站、汽车雷达等民用领域也大放异彩。工作在该频段的电子设备,常借助倍频器将较低频率的本振信号倍频到需要的微波毫米波频段,这样既能降低本振频率又能扩展带宽。而倍频器MMIC,不仅有倍频器的一般特点,还有单片微波集成电路尺寸小、一致性好等优势,所以它在电子设备上较分立的板级倍频电路得到了更广泛的应用。无源倍频器不需要直流供电,使用简单,广泛运用于微波收发前端。本文将围绕宽带无源倍频器进行研究。选择合适的电路拓扑结构是设计倍频器的关键。论文对3种无源电路拓扑结构进行倍频原理推导。从项目需求出发,引入了双螺旋巴伦,讨论研究了影响其性能的主要因素,并据此设计出2款实用的巴伦电路。然后借助巴伦搭建了3款与前边讨论相对应的无源倍频电路,利用谐波平衡法进行了整体优化。结合本文的指标与它们的仿真结果进行对比,总结各电路的优势和不足之后,最终选择了仿真结果较好的双平衡倍频电路作为本次研究设计的重点。该倍频器采用四只相同的肖特基势垒二极管组成核心电路,输入输出则借助巴伦结构完成了宽带匹配和谐波抑制功能,最终输出所需要的二次谐波信号。论文还研究了影响倍频输出功率平坦度的一些因素,并给出了解决方案。采用成熟稳定的稳懋0.15μm GaAs PHEMT工艺,成功设计出一款不同于原HMC204的电路结构,且具有优异变频增益以及良好的倍频输出功率平坦度的宽带无源二倍频器是该倍频器的特色。该二倍频器在片实测显示:当输入功率为15dBm,在8~16GHz整个倍频段内,输出功率均大于1dBm,变频损耗小于14dB。对基波和各次谐波的隔离度均大于38dBc,芯片尺寸为1.3×1.3 mm~2。该二倍频器MMIC达到了预期目标,起到了原位替换HMC204的作用,将用于军用电子设备上。该款倍频器MMIC的研制拓宽了用户的选择,降低了采购成本,也为相关倍频器的研究起到了技术借鉴作用。
樊伟[5]2016年在《太赫兹成像雷达研究及其在煤矿安全中的应用》文中进行了进一步梳理太赫兹波(THz)是当前电子学和光学中研究的热门学科之一,在整个电磁波谱中介于微波和红外光波之间(波长在0.03-3mm之间)。与微波和毫米波相比,太赫兹波具有波长短、非电离、穿透力高等特点。利用太赫兹短波长和高穿透性能够实现超宽带和高分辨率雷达系统,这使太赫兹雷达能够实现微小目标的探测。近年来,太赫兹在安全检测、无损探伤以及生物医药领域得到了广泛应用。作为在安全检测方向的一个应用,将太赫兹成像技术应用于煤矿领域还从未有人进行过研究。随着煤矿开采力度的日益加大,因煤矿钻探而导致的裂隙水害频繁发生,这直接威胁到了人民群众的生命财产安全,因此找到一种合理的探测煤炭裂隙的方法就显得尤为重要。本文基于以上,对太赫兹成像雷达进行了研究,主要内容和结论包括:1、针对国内外太赫兹雷达发射功率偏低的问题,研制了工作频率为0.11THz的连续波成像雷达。结合太赫兹波在大气窗口中的衰减选择了系统的工作频率,对系统的工作机制进行了比较选择。借助信号噪声网络级联思想,研究了影响连续波成像雷达系统的噪声系数和接收机灵敏度,并介绍了系统稳定度的评价方法。对系统的发射机和接收机结构进行了研究,对系统信号流程进行了分析,从而建立了雷达系统整体结构。对系统主要器件的关键参数进行了分析测试,结果表明雷达能够实现频率0.11THz、功率200m W的连续波输出。2、基于自由空间法测试介电常数基本原理,对山西无烟煤和山东烟煤在75-500GHz的介电特性进行了详细研究。利用矢量网络分析仪结合毫米波倍频模块搭建了自由空间测试系统。测试结果表明煤在75-110GHz内介电常数随频率升高而降低。用介质极化理论解释了煤对太赫兹频率在75-110GHz的依赖性。在140-500GHz测试过程中,利用太赫兹时域光谱系统和自由空间系统进行了比较测试。测试结果表明在140-500GHz,无烟煤和烟煤随频率升高其介电常数变化有明显差异,而且不同频段其变化特点均不一样。3、利用搭建的介电常数测试系统,研究了工作频率0.11THz时,煤样中含水量10%以内对于介电常数和煤反射系数以及透射系数的影响。结果发现煤炭介电常数随含水量增加呈上升趋势;透射系数随煤含水量增加呈现指数型递减规律,反射系数则呈现高斯型分布。4、对叁种常见煤裂隙(深度裂隙、平面裂隙和隐藏裂隙)进行了研究。研究了连续波成像方法并搭建了成像平台。在实验室环境下制作了几种煤样裂隙,利用FEKO软件对其进行了电磁波仿真,仿真结果表明反射成像法探测深度裂隙有比较好的效果,透射模式下对叁种裂隙都能成像;实测表明在75-110GHz内分辨率能够达到测试3mm煤裂隙的成像效果。5、在连续波成像雷达系统基础上,为了获得成像超分辨率,设计了用于近场成像的W波段波导探针天线。详细仿真了天线材料、电磁波传播模式和天线尺寸对太赫兹波的增强效应。结合仿真结果实际制作了不同尺寸的天线,实测结果表明探针能够在3mm工作波长内实现0.3mm的成像效果。通过对以上内容的研究,本文主要的创新工作在于:首次提出利用太赫兹技术对煤裂隙进行探测的方法,并搭建了太赫兹连续波雷达系统,对系统参数和各功能模块进行了论证,所研制的连续波雷达能够在0.11THz频点上实现200m W的功率输出。对煤炭在太赫兹波段的介电特性进行了研究。结合矢量网络分析仪和毫米波倍频模块搭建了测试系统,得到了无烟煤和烟煤随频率变化的关系,并用介质极化原理对其进行了解释,同时得到了煤样的透射系数和反射系数在测试频段和随频率变化规律,填补了国内外关于煤在太赫兹波段的介电常数测试这一空白。在0.11THz频点上研究了煤中水分含量对于介电常数的影响,通过太赫兹波在煤中的传播规律并结合煤中水存在状态揭示了介电常数随含水量的变化规律。通过研究太赫兹波连续波成像方法和搭建煤炭裂隙二维成像系统,对叁种常见裂隙的成像分辨率进行了测试和分析。研制了太赫兹波导探针天线,利用太赫兹连续波成像系统对天线进行了测试,结果表明成像分辨率能够突破十分之一波长,为太赫兹波在非光学近场成像方面提供了参考。
唐松[6]2016年在《用于片上六端口网络分析仪的亚毫米波关键集成电路研究》文中指出近年来,基于先进传感器系统和微量样本应用于研究分析生化试剂,单个的细胞,和生物大分子以及生物组织等的非入侵式无标签分析技术正受到专家学者越来越多的关注。与此同时,相应的射频片上分析系统和片上实验室的研究一直都属于科技前沿技术,而作为片上实验室的功能电路,集成片上网络分析仪的研究也成为了业界关注的焦点。本文通过整理分析相关文献,总结了片上六端口网络分析仪和片上共面波导带通滤波器以及亚毫米波硅基集成电路的国内外研究现状。提出了基于倍频链路适用于亚毫米波325~500 GHz频段的六端口网络分析仪电路结构,并分析系统对各模块电路提出了相应的技术指标要求。又基于TSMC 90 nm CMOS工艺设计并分析了共面波导及其不连续性结构,归纳了相应结构的特性随几何结构变化的规律。而且针对亚毫米波倍频链路谐杂波抑制的应用要求,重点设计并分析了并联短路短截线型和并联短路以及开路短截线型两种结构形式的共面波导带通滤波器。最后,设计并分析了作为倍频链路第一级倍频应用的宽频带毫米波有源倍频器。理论研究与仿真实现的所有关键集成电路与预期指标相吻合,并且对于构建亚毫米波片上六端口网络分析仪完整系统具有重要的价值。
赖邱亮[7]2009年在《毫米波宽带收发组件技术研究》文中研究指明毫米波宽带收发组件是毫米波宽带电子对抗系统的重要组成部分,本文的工作主要围绕毫米波宽带集成固态收发前端及其关键部件的研究展开。基于时分信道化理论,采用微波、毫米波混合集成电路技术实现Ka全频段发射和多通道接收组件在国内是一项全新的技术挑战。本文采用时分信道化技术实现一个发射通道、四个测向接收通道和一个测频接收通道多通道收发组件,其中五个接收通道完成空间各方位角接收、幅度比较和测频的功能,发射通道完成将微波信号上变频到Ka全频段发射的功能。本文针对时分收发技术在微波毫米波应用中所遇到的关健问题展开研究,取得了一些有益的结论。主要研究工作体现在以下几个方面:首先,采用新型叁线耦合宽带滤波器,解决了滤波组件在宽带工作时由于腔体谐振和波导模式使滤波器抑制度急剧恶化的问题,同时结合传统E面鳍线波导滤波器插入损耗低、抑制度高的特点,研制出低损耗、高抑度的Ka全频段双通道镜频抑制滤波组件和Ka全频段四通道滤波组件;其次,基于阻抗匹配理论,本文提出了空气微带互联结构,采用空气微带互联技术和组件模块化技术解决组件太大芯片不能安装的问题,同时保证了系统的可靠性,实现Ka全频段的发射与接收。然后以PIN管等效电路为基础,详细分析了在PIN导通时的开关特性,并且将PIN管开关用作衰减器,在未显着恶化接收系统噪声系数的前题下,极大的拓展了接收通道的动态范围;最后结合波导激励理论,详细分析了可实现Ka全频段波导到微带过渡的几种结构,结合现有工艺,设计并加工了适合Ka全频段射频输入/输出端口;测试结果表明:组件发射功率大于56mW;测频通道小信号增益大于30.7dB,噪声系数小于6.2.dB,大信号增益大于0.7dB,镜频抑制度大于42dB;测向通道小信号增益均大于30.8dB,噪声系数小于5.6dB,大信号增益大于0.8dB;邻近接收通道隔离度大于50dB。满足设计指标要求。
刘尧[8]2016年在《毫米波宽带倍频器与谐波混频器研究》文中研究指明D波段覆盖频率110 GHz-170 GHz,是毫米波段中的大气窗口之一,它具有波长短、信息容量大等优点,在宽带通信和安全检查等方向应用前景广阔,对军事和民用领域都具有重要价值。随着高分辨率成像技术和超高速率数据传输技术的迅速发展,对毫米波系统的工作带宽提出了越来越高的要求。对D波段下变频组件来说,宽带的D波段本振源实现难度大,成本高,采用谐波混频是解决这一问题的有效途径。本文立足国内现有技术条件,基于本课题组之前大量的研究工作基础,设计并实现了E波段全波段二倍频器(作为混频器的本振驱动)和D波段宽带二次谐波混频器,同时还研制了高带外抑制D波段全波段带通滤波器。本文主要研究进展主要包括以下内容：1、采用UMS公司的Schottky变阻二极管DBES105a设计了E波段全波段二倍频器。二倍频器采用了装配方式简单可靠的串联电压激励型倍频结构,并将双管以同向并联的方式接入电路以提高功率容量。利用HFSS仿真软件对倍频电路中的输入输出矩形波导-微带探针过渡结构、输入低通滤波器、直流偏置及接地低通滤波器、输入输出匹配电路无源模块进行了仿真设计。建立了包含二极管无源寄生结构和外围无源嵌入网络的二倍频器全尺寸电磁仿真模型,在得到其线性频响特性后,利用ADS软件结合二极管的非线性管芯参数得到其非线性频响特性。根据仿真优化结果进行实物加工,实验测试表明,当输入功率处于20dBm～22.7dBm之间时,在整个60 GHz～90 GHz输出频率范围内,二倍频器倍频损耗的典型值为10.5 dB,倍频效率典型值为8.9%,输出功率峰值为13.34 dBm。2、基于本课题组之前大量的研究工作基础,设计了D波段宽带二次谐波混频器。混频器采用了经典的反向并联二极管对结构,并将双管以串联的方式接入电路。将每个二极管芯片中的其中一个肖特基结短路以降低混频器对本振信号功率的要求。利用HFSS仿真软件对混频电路中的射频输入及本振输入矩形波导。微带探针过渡结构和匹配电路无源模块进行了仿真设计。在射频端口,采用两级级联的四分之一RF波长短路线作为本振回收网络,并为中频信号提供了接地回路；在本振端口,采用了叁级级联的四分之一RF波长开路线作为宽带射频回收网络,并为射频信号提供接地回路。中频低通滤波器采用改进的2阶CMRC结构,该结构尺寸小,阻带覆盖整个本振信号频带,有效提高了本振-中频端口间的隔离度。利用HFSS场分析和ADS路分析相结合的设计方法,对混频器电路进行了整体优化。根据仿真优化结果进行实物加工,实验测试表明,在137 GHz～160 GHz射频频率范围内的变频损耗的典型值为13 dB；将E波段二倍频器作为混频器的本振驱动时,在固定中频频率为1 GHz条件下,实测射频工作频带约为137 GHz～156 GHz,变频损耗典型值为12.5 dB。3、利用对称陷波腔与经典的H面感性膜片波导滤波器组合,有效增强了滤波器的带外抑制度,尤其是对紧邻通带边缘的带外频点抑制。利用高频电磁仿真软件HFSS,仿真设计了具有带外抑制增强特性和全波段带通特性的D波段波导滤波器,实验测试结果表明滤波器在通带110GHz～170 GHz内的插入损耗典型值为1.2 dB,在通带外100GHz和180GHz处的抑制度分别优于42 dB和29 dB,测试结果验证了对称式陷波腔的有效性。
李明亮[9]2006年在《超宽带微波频率源技术研究》文中提出本文介绍了一种2~12GHz超宽带微波频率源的实现方案和关键技术。采用DDS+PLL的混合频率合成方案实现低端频率2~4GHz的输出,再通过分段放大倍频链路实现从2~4GHz到2~12GHz的扩频,并由微波开关控制选频输出。整个系统采用单环锁相控制VCO,输出2~12GHz的超宽带频率,实现了小体积、低成本的微波频率源。本文的主要内容:首先介绍了各种频率合成技术的基本原理和特点,以及DDS+PLL的混合频率合成技术,并对扩展频带的方法进行了分析和比较。然后进行系统论证,对各部分系统作可行性分析,并根据系统要求,选择合适的器件来搭建系统电路,进行合理的电路的布局和电磁兼容设计。最后,通过反复调试程序及电路,基本实现了系统指标要求。测试结果表明系统在2~12GHz范围内基本实现了相位噪声优于-72dBc/Hz@10kHz,杂散抑制大于-55dBc,谐波抑制大于30dBc,跳频间隔10MHz,频率转换速度14μs,验证了该方案的可行性。
钟华[10]2009年在《毫米波宽带倍频研究》文中研究说明毫米波器件及其相关测试设备,受到西方发达国家对我国实行不同程度的禁运。因此,研究设计出毫米波宽带信号源,对于国防建设和国内毫米波技术发展具有重大意义。本论文正是针对上述问题,以毫米波宽带倍频为主要研究对象,设计毫米波宽带倍频源。首先,基于固态阻性倍频理论,推算倍频效率,综合考虑频率划分,进行毫米波宽带倍频链的方案设计。然后,基于有源倍频理论,进行Ka波段宽带二倍频方案研究设计。同时,研究了叁线耦合滤波器理论,设计出一种新型的宽带带通叁线耦合滤波器,在Ka波段实现了相对带宽40%,解决了宽带基波抑制问题。本文重点为W波段叁倍频器设计。通过详细研究W波段各种宽带倍频结构,基于谐波平衡法和平衡结构理论,分别设计了叁种宽带倍频器——微带形式、鳍线形式和单片形式:微带形式倍频器,以微带与外腔体的连接方式实现了二极管反向并联结构,解决了宽带谐波抑制和提高功率输出的问题。同时采用缩短功能单元匹配线长度,直接匹配的方法,解决了宽带内功率反射迭加由于180度相位差产生的功率凹点的问题;鳍线形式倍频器,利用双面鳍线的结构实现二极管的反向并联,采用模块调谐方式弥补加工误差带来的影响;单片形式倍频器,主要起到对比和功率修正作用。测试表明,本文设计中W波段全频段性能最优的微带形式宽带倍频,在75~110GHz输出功率0～-14.5dBm,W波段倍频损耗20～34.5dB,谐波抑制度基本20dBc以上。
参考文献：
[1]. Ka频段收发信机单元电路单片集成电路研究[D]. 刘宇. 电子科技大学. 2009
[2]. Q波段宽带四倍频器的研制[D]. 税兰英. 电子科技大学. 2007
[3]. Ka全频段四倍频器的研制[D]. 关华平. 电子科技大学. 2007
[4]. 8～16GHz的宽带无源倍频器MMIC的研究[D]. 陈奉云. 电子科技大学. 2017
[5]. 太赫兹成像雷达研究及其在煤矿安全中的应用[D]. 樊伟. 吉林大学. 2016
[6]. 用于片上六端口网络分析仪的亚毫米波关键集成电路研究[D]. 唐松. 西南科技大学. 2016
[7]. 毫米波宽带收发组件技术研究[D]. 赖邱亮. 电子科技大学. 2009
[8]. 毫米波宽带倍频器与谐波混频器研究[D]. 刘尧. 东南大学. 2016
[9]. 超宽带微波频率源技术研究[D]. 李明亮. 电子科技大学. 2006
[10]. 毫米波宽带倍频研究[D]. 钟华. 电子科技大学. 2009
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