黎晖[1]2002年在《毫米波低噪声集成接收前端的研制》文中研究说明本文主要对毫米波低噪声集成接收前端的理论和设计进行了研究，以完成航天二院25所某重点工程×××项目的接收前端的研制。 首先论述了毫米波及其特点、发展，概述了毫米波集成电路的种类、特点、用途和常用的传输线类型，简要介绍了本文工作的国内外背景和研究目的及意义。 第二章介绍了本项目中的平面无源电路。在详细叙述微带平面电路理论的基础上，提出微带扇形功分器的结构，并运用微带平面电路原理分析这种结构，导出了扇形平面电路的阻抗矩阵参数表达式。设计并制作了微带扇形结构一分叁路功分器。使用HPHFSS对波导-微带探针过渡进行了优化计算，表明这种过渡器具有宽带、低损耗、制作和集成简单的优点。 第叁章的内容是毫米波集成接收前端包含的基本固态电路：毫米波低噪声放大器，混频器，FET倍频器，PIN管SPST开关。掌握有源器件的理论分析和设计方法，是实现集成接收前端的重要环节。 最后，在前述各个功能部件的基础上，进行了毫米波集成接收前端的研究工作。简要介绍了微波接收机。分别设计制作了毫米波雷达叁通道低噪声接收前端和毫米波应答机单通道低噪声接收前端，测试指标均达到预期要求。研制的毫米波雷达叁通道低噪声接收前端结构紧凑，包括有源、无源电路和偏置电路众多单元电路组合在70×45×15mm~3的腔体内。研究成果可用于对体积、重量、抗震性和可靠性有严格要求的机载和弹载系统中，同时它也是W频段集成前端的技术基础。
李毅响[2]2013年在《毫米波集成接收前端》文中研究说明Ka波段和W波段是毫米波中重要的窗口频段，鉴于现代通信技术和军事电子技术需求，Ka波段和W波段得到越来越多的利用，因此研究Ka波段和W波段的接收机技术具有重要的意义。接收前端作为接收机中关键的部分，其性能对整个接收机系统的性能有着决定性的影响。本文的工作主要围绕Ka波段接收前端和W波段接收前端接收支路的研制展开。由于Ka波段接收前端作为一个完整的系统研制成功，故本文将侧重介绍其研制过程。研究内容包括：系统方案设计、无源电路（波导-微带转换、滤波器、功分器）的仿真设计、有源电路MMIC芯片的选取（低噪声放大器、谐波混频器、功率放大器）、偏置电路和电源电路的研究和设计、系统腔体设计与电路布局、系统的实现以及测试调试。通过研究接收机的关键技术，分析用户对接收机结构、性能、功耗等指标要求，结合本教研室过去成功的项目经验，以及考虑国内加工条件和装配工艺，我们最终选用超外差结构方案和混合集成技术，成功实现Ka波段叁通道接收前端的研制。测试结果表明：系统增益约为35dB，收发隔离大于58dB，通道间的隔离度大于32dB，镜频抑制度大于35dB，噪声系数低于4.2dB，满足或优于项目指标要求。W波段接收前端是在W波段电路关键技术、部件和模块的研究基础上进而开展研究的。W波段接收前端中接收支路的研究是本人在项目中承担的工作，内容包括：接收支路方案设计、接收支路中无源电路的仿真设计、接收支路有源MMIC芯片的选取、接收支路腔体设计与电路布局、接收支路的实现与测试。
张杰[3]2018年在《W波段集成接收前端研究》文中研究指明在毫米波电路与系统中,接收前端作为其中的重要组成部分,其性能的好坏决定了系统性能的好坏。随着毫米波技术逐渐被深入应用于现代军事和通信等领域,W波段接收前端的设计和研究就显得越加迫切。同时,近年来研究人员对微波电路的小型化、高集成度、低成本等特性尤为关注,这些方面的研究已成为目前热门的研究方向。接收前端能否实现小型化和高集成度对系统具有重要意义。本文的相关工作则是围绕小型化高集成度W波段接收前端展开的。首先,根据系统指标要求并结合实际应用需求,本文的接收前端采用超外差接收结构设计,通过混合集成电路方式实现。在针对方案的可行性研究上,主要通过对系统各部分的指标分配及理论计算进行了验证,确保了接收链路的可行性。其次,针对接收方案中的无源电路和有源电路进行了理论分析,并完成了无源部分某些部件和有源电路的相关设计。其中包括:过渡结构、滤波电路、检波电路、带电源调制的低噪声放大器以及倍频放大链路。本文对W波段E面鳍线滤波器和U波段检波器进行了单独加工和实验测试。实测结果表明:W波段鳍线滤波器在92～96GHz通带内,回波损耗优于12dB,插损小于1.1dB,为后续W波段集成接收前端的研究奠定了基础。U波段检波器在45～60GHz频率范围内电压灵敏度均大于3200mV/mW,在视频带宽约为1.2kHz的条件下,切线灵敏度的整体均值约为-53dBm。同时,在供电部分增加了调制电路设计,通过TTL电平控制第一级低噪声放大器的栅极电压来完成对接收前端的控制。最后,经过对W波段集成接收前端的加工、装配与测试,完成了本文的研究工作。并且在小型化和高集成度方面整个接收前端有明显提升,总体尺寸仅为64×19×19mm3。实测结果表明:整个接收前端在TTL电平控制下的输出信号波形的上升时间约为152.8ns,下降时间约为55.2ns,且波形平坦,完全满足系统指标。W波段集成接收前端在92～96GHz频率范围内的实测接收增益约为13dB,噪声系数约为3.1dB。整体性能良好。
王姗姗[4]2009年在《3mm集成接收前端研究》文中认为在微波、毫米波系统中,接收前端部分对系统性能起着关键性的作用。本文对3mm集成接收前端这一课题进行了理论和设计方面的研究。本文在介绍微波固态电路器件以及接收机系统的理论基础上,采用混合集成技术进行了W频段接收前端相关部件及系统的研制与测试。在本论文中,第一章首先对毫米波及其特点,毫米波电路及其发展趋势进行了论述。介绍了国内外接收前端的发展动态以及毫米波发展的军事背景。简述了本课题的研究内容和指标要求。第二章简要介绍了接收机的一些基本知识,分析了本课题接收机的总体方案和各部分指标分配。第叁章主要介绍了与课题相关的无源电路的设计。对波导-对脊鳍线-微带过渡进行了理论分析与实物设计。并提出一种新型波导-同轴探针-微带过渡结构。在利用电磁仿真软件对该结构进行优化仿真的基础上,进行了加工和测试,达到了满意的效果。并且对课题中使用到的带通和低通滤波器电路进行了的设计、加工及测试。第四章、第五章、第六章和第七章的内容是与本课题相关的有源固态电路部件,包括对U波段固态源、U波段二倍频器、3mm低噪声放大器、3mm基波混频器等原理和技术指标进行了相关阐述。并给出了课题中所选用单片的相关资料。最后,在前述各个部件的基础上实现了3mm接收前端系统的装配,并对系统进行测试。测试结果表明,本课题所研制的3mm接收前端满足技术指标要求。整个工作为以后进行毫米波接收前端领域的研究提供了相关经验。
王正伟[5]2012年在《基于LTCC技术的微波毫米波收发组件研究》文中提出由于毫米波的波长短、频带宽和它自身特殊的大气传播特性，使得Ka频段在雷达系统中得到了广泛的应用，从而推动了Ka频段收发组件的快速发展。针对二次雷达系统中的收发组件，功能较多、体积和重量要求小。因此，收发组件的小型化、集成化、高可靠性和低成本引起了人们极大的兴趣。低温共烧陶瓷（LTCC）技术是满足这一发展趋势的最佳选择之一。在毫米波二次雷达Ka频段收发组件中，低温共烧陶瓷多芯片混合集成方案将高性能无源功能器件与微波单片电路（MMIC）进行有效可靠的互连，以提供更小的体积和更多的设计灵活性。虽然LTCC技术在L波段得到了广泛的应用，但由于毫米波波长短、频率高，传统LTCC技术在该频段应用存在加工精度难以控制和传输损耗过大等缺点。因此，LTCC技术在毫米波收发组件中的应用较少。本论文针对LTCC技术在毫米波组件中应用的这些困难，基于传输线理论，利用容差分析和模式优化方法提出了适用于毫米波频段的LTCC电路设计方法。该方法解决了LTCC技术在毫米波频段的应用难题，减小了毫米波收发组件的体积和重量，降低了批量生产成本。本论文围绕基于LTCC技术的微波毫米波收发组件研究这一课题，主要完成了以下工作：1、半集总参数LTCC双工器：本文利用低温共烧陶瓷技术，提出了一种小型化半集总参数双工器结构，利用该结构实现的LTCC双工器结构简单，具有较小的尺寸和良好的电性能，并被应用在了LTCC毫米波收发组件中，实现了输入中频频率和输入本振频率双工的功能。2、基片集成波导滤波器：本文基于低温共烧陶瓷的叁维技术，提出了一种基于基片集成波导（SIW）实现的叁阶交叉耦合毫米波滤波器结构。利用这种结构实现的毫米波带通滤波器体积小，并具有一个高端极点，提高了滤波器高端抑制度。本文还提出了介质集成折迭波导（SIFW）这种新的传输、谐振耦合结构，与SIW相比，利用SIFW结构实现的X波段带通滤波器体积更小。3、宽阻带叁模谐振器滤波器：本文提出了一种具有宽阻带特性的叁模谐振结构，利用这种结构实现的带通滤波器在通带两边分别有两个衰减极点。本文实现的宽阻带叁模谐振器滤波器除了拥有宽的阻带外，矩形系数高，工作带宽较宽，可以达到28%。4、 LTCC微波毫米波收发组件：LTCC具有高密度、小尺寸的特点，并且在叁维设计方面具有较好的灵活性。本文结合工程应用，设计了L波段和X波段的小型化收发组件。本文还利用容差分析法完成了一种用于毫米波雷达系统的LTCC毫米波收发组件的设计，在满足指标要求的情况下，重量和体积减小为传统毫米波收发组件的2/3。
王冲[6]2016年在《60GHz硅基毫米波接收机关键技术研究与芯片设计》文中提出随着现代社会对无线通信速率要求的不断提高,在很多场合需要支持数吉比特每秒的传输速率。本世纪以来,各国相继开放了60 GHz附近连续的5-7 GHz带宽用于毫米波短距离高速传输应用,比如无线个域网(WPAN)和无线高清多媒体(wireless HD)等。这极大地激发了学术与工业界对60 GHz毫米波接收机的研究热情,研究成果也不断涌现,而在这些成果中硅基CMOS工艺占据了主导地位。作为一种高集成度及低成本的工艺,CMOS工艺的进步使之在毫米波频段已经具有足够的吸引力。研究60 GHz硅基毫米波接收机对60 GHz通信技术的普及具有特别重要的意义。本文基于65nm CMOS工艺对60 GHz毫米波接收机及其关键电路进行了深入的研究,这些电路包括低噪声放大器、混频器、中频放大器、低通滤波器及可变增益放大器等。本文讨论了CMOS毫米波电路设计中的基本问题。毫米波电路设计区别于吉赫兹电路的特点包括晶体管工作在接近其极限频率、信号波长短造成互连线的分布效应不可忽略、寄生参数对电路工作状态影响大等,这些特点决定了毫米波电路的设计方法与思路。分析了CMOS工艺中包括传输线、电感、电容和晶体管等基本元器件在毫米波频段的特性及在电路设计中的考虑。介绍了用电磁仿真软件HFSS建立片上无源元件模型的过程,通过两种巴伦,即变压器巴伦和Marchand巴伦为例进行了建模与仿真,并分析了它们在阻性与容性负载情况下的特性。本文分析了MOS晶体管在各极端接阻抗时的输入阻抗、跨导与噪声性能,在后续电路设计中可直接引用这些结论。为了获得足够的增益,本文中的毫米波低噪声放大器采用了多级级联的结构,并针对每级的特点进行了优化设计。在毫米波低噪声放大器的第一级采用了共源结构以同时获得较好的输入阻抗匹配与噪声性能,而在后续各级使用共源共栅结构以提高隔离度并获得较高的增益。在本文中,为了改善低噪声放大器的输入匹配、噪声、增益及带宽等性能,采用了输入LC阶梯网络、共源共栅中和电感、栅极反馈电感和级间T型网络等电感性能提升技术。所设计出的低噪声放大器具有17.3 dB的增益和20 GHz的带宽,噪声系数小于5 dB,由此总结出了改进的60 GHz低噪声放大器的公式化设计方法。本文提出了基于电流复用正反馈结构的低噪声放大器,并分析了其稳定性、跨导及噪声性能,测试结果表明其在小于10 mW的功耗时具有14.9 dB的增益和16 GHz的带宽,揭示了其低功耗应用潜力。本文指出了传统Gilbert结构混频器直接应用于基于滑动中频结构的60 GHz接收机中出现的问题,尤其是混频器的中频带宽相对信道带宽较窄。为了有效解决这些问题,本文基于Gilbe rt结构提出了带有LCR串联谐振网络和交叉耦合对的混频器结构。这种结构在Gilbert跨导级采用了电流注入及电感调谐技术,而在负载级加入了并联的LCR串联谐振网络和交叉耦合对引入负电导,以同时扩展带宽和弥补增益的损失。通过对这种结构的增益与带宽进行分析,得到了其增益带宽积随负电导增加而升高的结论,测试结果表明其增益为3 dB时中频带宽为6.5-17.5 GHz,而增益为7.5 dB时具有8 GHz的中频带宽,证明了其同时具有适度增益与宽带特性。本文对应用于60 GHz通信系统的接收链路进行了集成。将整个链路分为两个芯片,芯片1包括低噪声放大器、第一下变频混频器和中频放大器,芯片2包括I/Q正交混频器、除二分频器、低通滤波器及可变增益放大器等。接收机采用了基于滑动中频的二次变频结构,其中第一本振为48 GHz,由24 GHz本振源与倍频器得到,中频位于12 GHz附近,第二本振为正交信号,由24 GHz本振源经除二分频器得到。由于60 GHz通信系统中单信道带宽超过了2 GHz,接收链路中的所有模块都采用了宽带设计技术,本文对这些技术进行了讨论。测试结果表明这两个芯片功能正确,性能良好,证明了CMOS工艺在60GHz通信系统中具有广阔的应用前景。
杨辉[7]2008年在《毫米波全固态集成接收前端的研制》文中指出在微波、毫米波系统中,接收前端部件对系统性能起着关键性的作用。本文对毫米波双信道全固态集成接收前端的理论和设计进行了研究。本文在详细介绍微波元器件基本理论的基础上,研制了Ka频段接收组件,完成了组件的初样设计。第一章首先对毫米波及其特点、微波毫米波单片集成电路MMIC及其发展趋势进行了论述;介绍了国内外接收前端的发展动态以及本课题在军事上的需求;对接收机的主要性能指标进行了分析,在此基础上采用混合集成(HMIC)技术实现了Ka频段双信道接收前端,并简述了本课题的研究内容和指标要求。后述章节将在此基础上对相应的无源电路和固态电路展开研究。第二章主要进行了与本课题相关的无源电路的设计。在理论分析的基础上,对波导-鳍线-微带的过渡结构及Wilkinson微带叁路功率分配器进行了软件仿真设计;在传统的发卡式微带滤波器的基础上设计了一种新型的毫米波微带带通滤波器结构,在利用高频仿真软件CST对该结构进行了仿真的基础上,对该结构进行了加工和测试,达到了满意的效果。第叁章、第四章和第五章的内容是与本课题相关的固态电路。对低噪声放大器、功率放大器、单端混频器、单平衡混频器、双平衡混频器和单刀单掷开关等电路的原理和技术指标进行了阐述,并给出了课题中所选用器件的相关资料。第六章在前述各个功能部件的基础上实现了Ka频段全固态集成接收前端的研制。分别阐述了组件的制作、装配、调试及电源设计等方面的内容。最后,对接收前端的测试结果表明,本课题所研制的接收前端满足技术指标要求,并针对不足之处给出了一些改进措施及设计中需要注意的问题,为以后进行毫米波接收前端的研制提供了重要的经验。
李艳莉[8]2009年在《毫米波二次变频接收机的研制》文中研究说明接收机通常是无线通信系统中的重要部件。本文在分析研究接收机性能指标和结构特点的基础上,结合前人研究成果及用户在接收机性能和结构方面的要求,对超外差二次变频接收前端方案进行了设计和改进(本论文中主要阐述的是二次变频部分)并研制出C频段叁通道接收机。经测试,系统增益G≈18dB,闭塞量≥55dB,通道间的隔离≥32dB,镜频抑制≥15dB,达到项目要求指标。第一章对微波毫米波单片集成电路MMIC及其发展趋势进行了论述,并简述了本课题的研究内容和指标要求。第二章在对接收机结构分析和主要技术指标研究的基础上制定出了本项目接收机的具体方案和技术解决途径。第叁章进行了与本课题相关的有源器件的设计和无源电路的仿真。其中包括对有源部分的SPST(单刀单掷开关)、镜频抑制混频器进行的设计和对无源电路的微带扇形叁路功分器、LC中频带通滤波器进行的仿真。第四章在前述各个功能部件的基础上采用混合-单片微波集成电路(MMIC)组合技术实现了Ka频段毫米波二次变频接收机的研制。分别阐述了接口和电源设计;各功能MMIC的选取;接收机的装配、制作;最终测试并给出了结果分析。最后,对接收机的测试结果表明,本课题所研制的接收机满足技术指标要求,并针对不足之处给出了一些改进措施及设计中需要注意的问题,为以后进行毫米波接收机的研制提供了重要的经验。
李超[9]2001年在《毫米波集成接收前端的研究》文中提出本论文的工作主要对毫米波集成接收前端的理论和设计进行了研究。 在第一章中，首先论述了毫米波及其特点，对多种毫米波平面集成传输线进行了比较，然后对毫米波集成电路的种类、特点、用途和电路设计的原则做了一个概述，最后简要介绍了本文工作的背景和研究目的及意义。 第二章有叁部分内容。首先使用时域有限差分法对波导—微带探针过渡器进行分析计算，在调整优化的基础上给出了探针过渡器的结构尺寸，测试结果表明这种过渡器具有宽带、低损耗、制作和集成简单的优点。在第二部分中，根据毫米波集成接收前端总体设计安排，计算并设计了微带扇型平面电路结构叁路功分器，这种功分器电路结构的优点是体积小、结构简单、易于集成、设计灵活。在第二章最后部分，采用准静态模型计算了微带到微带互连双线结构的高频特性，其结果对毫米波微带集成电路的设计有重要价值。 第叁章提出了一种毫米波放大器增益和噪声关系的分析方法，采用此方法对毫米波低噪声HEMT器件JS8905-AS进行了分析，在此基础上研究了低噪声放大器的设计方法，实现了Ka频段HEMT低噪声放大器。 第四章对毫米波FET倍频器进行了理论分析和设计，讨论了倍频器设计中的原则及方法。 第五章对毫米波混频器进行分析和设计。首先对肖特基二极管做了简介，然后对已有的混频器电路做了比较，最后设计了Ka频段平衡混频器。 第六章分析了PIN管的特性，设计了Ka频段单刀单掷开关。 第七章中，在前面单个部件分析设计的基础上，进行了毫米波集成接收前端的研究工作。该集成前端有叁路接收信道，包括有源和无源电路，还有偏置电路组合在70×45×15mm~3（外尺寸）腔内。研究成果可用于我国精确制导武器，达到减小导引头体积、重量，改善末制导精度，提高可靠性，增大武器威力的目的。
赵婧[10]2014年在《3mm波段接收前端设计》文中进行了进一步梳理在毫米波电路与系统中,处于毫米波系统关键地位的接收前端对系统的性能起着至关重要的作用。鉴于毫米波技术在现代军事、通信等领域日渐深入地应用,对毫米波关键技术的研究就显得越加迫切。然而目前国内对高频段尤其是3mm波段电路与系统的研究和报道都比较少。本课题的任务就是对3mm接收前端的理论和设计方法进行研究。本文所设计的3mm接收前端系统用于雷达接收机,采用本振端固定点频的超外差式接收结构设计,用混合集成电路方式实现。该接收前端包括两条接收支路,每条接收链路由过渡、低噪声放大器、混频器、滤波器等组件组成。根据项目的研究目标和指标要求,论文详细地分析了3mm接收机前端系统的整体设计方案,并对其中各子电路进行了指标细化、分配和估算。重点研究了接收支路中过渡单元、滤波电路、低噪声放大器、混频器的基本理论和设计方法,并对各单元组件进行了仿真设计,尤其就对系统性能影响较大的部分关键组件进行了单独加工与实测。结合设计的无源组件与选取的固态单片,对接收支路进行了电路布局以及腔体结构的设计。最终完成系统的性能参数估算和测试,结果显示各项指标基本达到项目指标要求。最后,总结了本文主要的研究内容并得出结论,给出后续工作可以加强和改进的方向。本论文所进行的工作在一定程度上为今后毫米波接收前端技术领域的研究提供了相关经验。
参考文献：
[1]. 毫米波低噪声集成接收前端的研制[D]. 黎晖. 电子科技大学. 2002
[2]. 毫米波集成接收前端[D]. 李毅响. 电子科技大学. 2013
[3]. W波段集成接收前端研究[D]. 张杰. 电子科技大学. 2018
[4]. 3mm集成接收前端研究[D]. 王姗姗. 电子科技大学. 2009
[5]. 基于LTCC技术的微波毫米波收发组件研究[D]. 王正伟. 电子科技大学. 2012
[6]. 60GHz硅基毫米波接收机关键技术研究与芯片设计[D]. 王冲. 东南大学. 2016
[7]. 毫米波全固态集成接收前端的研制[D]. 杨辉. 电子科技大学. 2008
[8]. 毫米波二次变频接收机的研制[D]. 李艳莉. 电子科技大学. 2009
[9]. 毫米波集成接收前端的研究[D]. 李超. 电子科技大学. 2001
[10]. 3mm波段接收前端设计[D]. 赵婧. 电子科技大学. 2014
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