x波段单片集成电路功率放大芯片研究

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1、南京理工大学硕士学位论文X波段单片集成电路功率放大芯片研究姓名：薛黎申请学位级别：硕士专业：电磁场与微波技术指导教师：恽小华20060701硕卜沧史X波段单fl囊曦电路功率放大芯片研究摘要这篇论文主要任务足提出一种x波段单片集成功率放大器的设计实施方案，并通过仂真验证该方案切实可行。随着MMIC工艺技术的发展，对x波段功率放大芯片提出了较高的性能要求。这篇论文介绍了功率放大原理、PHEMT模型和参数提取方法，最后决定采用三级放大并功率合成的方案。这篇论文详细分析了本设计方案及其特性，并对其中的匹配网络、功率分配合成网络和各级放大电路进行了重点讨论。设计了高性能

2、的x波段单片集成功率放大芯片，经过仿真验证基本满足性能指标要求。关键词：X波段MMIC功率放大，PHEMT颅卜论史x波段学片隹f=6l屯路功串放大芯片研究AbstractThethesisputforwardacompletesetofschemeofX—bandMMICpoweramplifierandvalidatedthisschemetobefeasibility．AlongwithMMICtechnologydevelopment，itisrequiredthattheX—bandMMICpoweramplifiershouldhesatisfyit

3、sexcellentperformancerequirement．Thethesisintroducespoweramplifiertheory,PHEMTmodelandmodelparameterexactionmethod，atlastdeterminedschemeofthree-stageMMICpoweramplifier．Thisthesisanalyzedindetailthescheme，andfocusesonthestudyofmatchingnetworkpowercombinationandeachamplifierstage．The

4、ntheauthordesignedtheX—bandMMICpoweramplifierandsimulatedthatthedesignissatisfiedwiththeperformancerequirement．KeyWords：X-Band，MMIC，PowerAmplifier，PHEMTIl硕卜论史X波段学片謦成r乜路功率放大芯片研究1绪论1．1研究内容本项研究成果可广泛应用于微波无线商业应用(如：LMDS、点对点无线通信、点对多点无线通信、空中交通管理、汽车防撞雷达、公路交通控制及仪表应用等)以及其他微波军事应用(如：卫星通信、雷达、航空航天

5、及其他系统装备等)两大领域。宽频带、低成本放大器对开发成熟的微波无线接入系统的商业市场和微波通信、雷达等军事应用情况均具有至关重要的地位。针对微波无线通信系统的应用，功率放大器则必须具备小尺寸、高增益、高功率、高线性和高效率等技术性能；而功率放大芯片作为功率放大器的核心器件，因其国际严格禁运的人为背景和图内外尚未公开技术报道的客观背景，制约着功率放大器件的发展，也因此成为众多微波通信、雷达等系统性能提高的一个瓶颈。目前，单片集成功率放大器由于其设计精度低、电路频带较窄、成品率低，热设计比电学设计重要等等一系列特点，它的设计研发，特别是高功率输出的MMIC的设计

6、研发具有相当重大的意义。圜内受到不成熟的加工工艺和测试条件的限制，对单片集成功率放大器的研究不多。这篇论文设计X波段功率放大MMIC，旨在通过对微波功率放大芯片设计、仿真和验证等技术的深入研究，研制出小型化、高效率、高输出能力、低成本、高可靠性的微波7w功率放大MMIC。主要设计指标如下：工作频率：8．5～lO．5GHz输出效率：35％P-ldB：_>37dBm．Psn：>38．5dBm输出增益：28dB1．2发展概况微波单片集成电路是指利用半导体批生产技术，将电路中所有的有源元件和无源元件制作在一块砷化镓衬底上的电路。大约60年代中期就已提出微波集成电路的设

7、想，美国得克萨斯仪器公司于硕}论文X波段单片集成电路功串放大芯片研究1965年报道了在si材料上研制PIN微波牙关的结果。由于硅材料的不理想，试验并不成功。随后的微波混合集成电路的发展对微波集成电路的发展在理论和实践方面创造了条件。例如，对各种平面传输线的精确数值解和不连续性分析；计算机辅助分析和优化方法的建立和发展。使人们能有效地、相当精确地计算出电路的性能。1968年Mehal和Wacker试图利用肖特基势窀二极管和耿氏二极管，在一块Gabs半绝缘衬底上制作一个94GHz的接收机前端，实验结果却令人失望。这是由于当时还没有GaAs所需的高温工艺。70年代初

8、，出现了GaAsMESFET器件，由于