毫米波低噪声放大器及片上天线的关键技术研究

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1、分类号：TN43UDC：620.38学号：15451186190密级：公开温州大学硕士学位论文毫米波低噪声放大器及片上天线的关键技术研究作者姓名：郅瑞行学科、专业：计算机应用技术研究方向：电器智能化指导教师：刘桂（教授）完成日期：2018年5月温州大学学位委员会分类号：TN43UDC：620.38学号：15451186190密级：公开温州大学硕士学位论文毫米波低噪声放大器及片上天线的关键技术研究作者姓名：学科、专业：计算机应用技术研究方向：电器智能化指导教师：完成日期：2018年5月温州大学学位委员会温州大学学位论文独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行

2、的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得温州大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名：日期：年月日温州大学学位论文使用授权声明本人完全了解温州大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权温州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文

3、。本人在导师指导下完成的论文成果，知识产权归属温州大学。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日毫米波低噪声放大器及片上天线的关键技术研究摘要信息产业的蓬勃发展，对低成本、低功耗、高数据传输速率和高密度集成电路的需求不断增加。为了实现更高传输速率、更大带宽的无线应用，大量的电路研究都集中在毫米波方向。CMOS技术的不断的更新迭代，使得电路工作在毫米波频段成为可能。5G毫米波通信，汽车雷达（77GHz）和毫米波成像系统（94GHz）等新兴的毫米波无线商业应用给电路系统设计带来了新的挑战：随着CMOS工艺的发展，金属互连线的厚度越来越薄，且与基板之

4、间的距离越来越短，严重影响了片上有源器件和无源器件的性能。因此，需要合理地设计毫米波片上组件和电路来适应无线通信发展。本文基于CMOS65nm工艺，针对片上天线和毫米波低噪声放大器进行深入研究。本文的主要研究工作和创新点如下：（1）本文针对人工磁导体（AMC）的反射特性进行了应用研究。本文设计了两款新颖的AMC结构，分别是希尔伯特曲线型人工磁导体结构和螺旋交织型人工磁导体结构。经过仿真验证，设计的AMC在整个E波段的反射相位介于−π/2至π/2。（2）将所提出的AMC结构应用到片上天线的优化设计中，提I出了加载希尔伯特曲线型人工磁导体的八木-宇田天线和加载螺旋交织型人工磁导体的E

5、波段片上天线。通过对加载和未加载AMC的片上天线的电磁仿真，验证了加载AMC后片上天线具有更高的增益和辐射效率。（3）通过引入电磁侧墙到低噪声放大器（LNA）设计所需要的片上电感、变压器和共面波导传输线之中，提高了片上无源器件的品质因数。此外，共面波导还采用了图案化屏蔽来降低损耗。本文设计的低噪声放大器采用变压器反馈的输入匹配和T型输出匹配的结构来拓宽频带，运用变压器耦合的gm-boosting技术可在较宽的带宽内实现平坦的增益响应。仿真结果表明，该放大器在75GHz时的增益为17.5dB，最优噪声系数为5.7dB，3dB的带宽为21.5GHz。关键词：CMOS，人工磁导体（AM

6、C），片上天线，低噪声放大器IIDesignofMillimeter-waveLowNoiseAmplifiersandOn-chipAntennasABSTRACTWiththeboomingoftheinformationindustry,thedemandforlowcost,lowpowerconsumption,highdatatransferrates,andhighdensityoftheintegratedcircuitscontinuestoincrease.Inordertoachievehigherdataratesandlargerbandwidthwir

7、elessapplications,agreatdealofcircuitresearchhasfocusedonthemillimeterwave.ConstantiterationsofCMOStechnologyhavepromotedthecircuittoworkinthemillimeterwaveband.Emergingmillimeter-wavewirelesscommercialapplicationssuchas5Gmillimeterwavecommun