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1、基于X波段相控阵的功率放大器的设计和实现DesignandImplementationofanX-BandPowerAmplifierUsedinAESA学科专业：微电子学与固体电子学作者姓名：姜沛锴指导教师：张世林教授天津大学电子信息工程学院二零一五年十二月摘要以T/R组件为核心的有源相控阵（ActiveElectronicallyScannedArray，AESA）技术是近年来正在迅速发展的雷达新技术。有源相控阵雷达的辐射单元后均接有T/R组件，可以说T/R组件的性能决定着雷达整机的指标，而在设计T/R组件时，最关键的是功率放大模块。随着工艺尺寸不断减小和工作频率的不断提高，
2、SiGeBiCMOS器件在截止频率方面受到限制，SiGeBiCMOS功率放大器也在实现大功率输出方面有着极大的挑战。本文对有源相控阵雷达及T/R组件进行了简要介绍，包括该领域国内外的研究现状，功率放大器基本原理和技术指标，线性化与效率提升技术，SiGeBiCMOS工艺等。在此基础上，设计出一款应用于X波段的功率放大器，通过直流偏置设计、谐波阻抗优化设计、版图设计，最终放大器工作在AB类，采用单端两级放大的共射共基结构，包括输入与输出匹配网络，偏置电路采用自适应线性化技术，实现了高增益和高线性的输出。电路中的无源器件均采用片上元件，因此这款功率放大器是全集成的。该功率放大器基于IB
3、M0.18µmSiGeBiCMOS7WL工艺流片，并对实际电路进行测试，测试结果表明，在3.3V电源电压下，在8.5GHz时增益为21.8dB，1dB压缩点输出功率为10.4dBm，输入输出匹配良好，芯片面积为1.4mm×0.8mm。芯片面积较小，实现了与整个T/R芯片的集成，输出功率、增益指标均满足T/R组件的功率放大需求。在本文的最后，分析仿真与测试结果产生差异的原因，并对后续研究提出改进方法。关键词：有源相控阵，SiGeBiCMOS，功率放大器，X波段IABSTRACTNowadays,activeelectronicallyscannedarray(AESA)techno
4、logyisgrowingrapidlyandbecomesthenew-generationradartechnology,asthecorecomponentofwhich,T/RmodulehasbeenusedbehindeachradiatingelementinAESA.TheperformanceofT/Rmoduleisindirectrelationtothevariousindexofradarsystem,moreover,thekeytothedesignofT/Rmoduleisthepoweramplifier(PA)module.Withthered
5、uctionoffeaturesizeandtheincreaseofworkingfrequency,thedevelopmentofSiGeBiCMOSdevicesislimitedincut-offfrequency.Inaddition,thedesignofPAinSiGeBiCMOSprocessisfacingenormouschallengesinhighoutputpower.ThisdissertationpresentsabriefintroductiononAESAandT/Rmodule.Thecontentmainlyinclude:overseas
6、anddomesticresearchstatusoftheseareas,basicprincipleandtechnologyindicatorsofPA,techniquesforincreasinglinearityandefficiency,SiGeBiCMOSprocess,etc.Andonthisbasis,anX-bandPAhasbeenpresented,includingDCbiassetting,harmonicimpedanceoptimization,andlayoutdesign.Finally,thisPAoperatesatABClassand
7、isdesignedusingcascodetopologywithlineartwo-stagesingle-endedstructure.Inputandoutputmatchingnetworksareintegratedonchip.Asimplelinearizerbiasingcircuitisachievedtoreachhighgainandlinearoutputpower.What’smore,thisPAisfullyintegrated,including
