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1、相控阵雷达中数字移相器的设计DesignofDigitalPhaseShifterinPhasedArrayRadar学科专业：微电子学与固体电子学研究生：刘志芹指导教师：毛陆虹教授天津大学电子信息工程学院二零一五年十一月摘要T/R组件是相控阵雷达的重要组成部分，主要包括低噪声放大器（LNA）、功率放大器（PA）、衰减器、射频开关以及移相器等模块。移相器作为其中重要的组成部分，它的性能将直接影响系统的整体性能。国外移相器的发展无论是在技术还是在工艺方面都比国内移相器发展成熟，高稳定性、高可靠性以及低成本逐渐成为移相器的发展趋势。本课题设计了两款X波段的数字移相器，均表现出良好的性能。文中首先
2、对T/R组件的背景以及移相器的研究意义进行阐述，并对无源开关控制器件进行原理描述，为选用MOSFET晶体管提供了有利依据。随后分析了常用移相器的结构特点和工作原理，对比了开关线型移相器、加载线型移相和高通低通滤波器型移相器，决定小度数相移单元采用低通结构，大度数相移单元采用高通低通滤波器型结构来实现设计，在给定的工作范围内表现出稳定的频率响应，各方面性能表现良好。本设计分别基于UMC0.18μmCMOS工艺和IBM0.18μmBiCMOS工艺进行设计仿真、版图绘制及流片工作，采用Candence软件进行模拟，电路用5个移相单元模块，分别是11.25°、22.5°、45°、90°和180°，以
3、11.25°为步长，实现32种相移状态。结果表明，在9.4GHz-10.6GHz的工作频带内，带宽1.2GHz，插入损耗14dB，幅度波动0.5dB，移相精度5°，达到了设计指标要求。关键词：X波段、MOSFET晶体管、移相器、CMOS工艺、BiCMOS工艺ABSTRACTT/Rmoduleisanimportantpartofphasedarrayradar,includinglownoiseamplifier(LNA),poweramplifier(PA),attenuators,RFswitches,phaseshiftersandsoon.Asoneofthemostimportan
4、tparts,theperformanceofphaseshifterwilldirectlyaffectthewholesystem.Phaseshifterabroadismorematurethanthedomesticbothintechnologyandinprocess.Highstability,highreliabilityandlowcostgraduallybecomethedevelopmenttrendofphaseshifter.ThispaperintroducestwodifferentdigitalphaseshiftersofXband.Theyshowgo
5、odperformance.Atfirst,thebackgroundandsignificanceofphaseshifterinT/RmodulearebrieflyaddressedandtheprincipleofpassiveswitchingdeviceisdescribedasaselectionofMOSFETswitchcontroldevices,thenvariousframeshiftcharacteristicsandworkingprincipleofthestructureofphasedetector,comparedtoswitched-linephases
6、hifter,loadedlinephaseshifterandhigh-low-passphaseshiftersareanalyzed.Thesmallerdegreeofphaseshiftingunitusesalow-passstructure.Thephaseshiftingunitwithalargedegreeofthenetworkstructureusehigh-low-passphaseshifterstoachievephaseshiftstate,itcanbeachievedflatfrequencyresponsewithinagivenbandwidthand
7、goodperformance.ThisdesignusesUMC0.18μmCMOSprocessandIBM0.18μmBiCMOSprocesstosimulatelayoutandtaped,usingCadencesoftwarefordesigning.Thecircuituses5phaseshiftingunits,namely11.25°,22.5°,45°,90°,180°.Phasesh
