基于矢量调制的x波段相控阵有源移相器设计

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1、基于矢量调制的X波段相控阵有源移相器设计DesignofanactivephaseshifterforX-bandphasedarraysystembasedonvectormodulationtechnology学科专业：微电子学与固体电子学研究生：杨栋指导教师：毛陆虹教授天津大学电子信息工程学院二零一五年十二月摘要随着相控阵技术的发展和成熟，其在军事领域和通信领域方面的重要性越来越受到人们的重视。移相器作为相控阵系统中的关键部件，其性能直接决定相控阵系统的性能。然而，移相器研究的重点和难点在于高宽带、低插损和高集成度的发展要求。本文采用IBM0.18μmSiGeBiCMOS工艺，

2、基于矢量调制技术，设计了一种应用于X波段相控阵系统的五位有源移相器，其包括正交信号产生电路、矢量加法器和DAC幅度控制电路以及片上巴伦。其中，正交信号产生电路采用正交全通滤波器结构；矢量加法器采用两个吉尔伯特增益控制单元，每个单元由单刀双掷开关控制，通过改变开关状态来获得输出相位对应的象限；DAC幅度控制电路采用五个共源共栅电流镜阵列，每个阵列由单刀双掷开关控制，通过控制每个阵列上的开关状态，可以实现控制I通路和Q通路上的电流比例，从而获得所需要的输出相位；使用HFSS软件，采用层叠绕线结构设计X波段片上巴伦，来完成单端信号与差分信号的转换并实现阻抗匹配功能，是本文的主要创新性所在。

3、对所设计的有源移相器进行版图设计及后仿真，仿真结果为：移相器在X波段内各项指标满足设计要求，具体为：插损小于-1.75dB，相位误差小于5.35°，输入1dB压缩点大于2.96dBm，输入端口VSWR小于1.59，输出端口VSWR小于1.26。本文的设计在节省芯片面积的前提下实现了移相器的低插损、高带宽和良好的平坦度及稳定性。关键词：相控阵有源移相器片上巴伦低插损ABSTRACTWiththedevelopmentandmatureofthephasedarraytechnology,peopletakemoreandmoreattentiontoitsimportance,espe

4、ciallyinmilitaryandcommunication.Asthekeypartofphasedarraysystem,phaseshifterdirectlydeterminetheperformanceofthephasedarraysystem.Theresearchfocusanddifficultyofthephaseshifterliesinthedevelopmentrequirementsofhighbandwidth,lowinsertionlossandhighlevelintegration.UsingIBM0.18μmSiGeBiCMOStechno

5、logy,anactivephaseshifterhasdesignedinthispaper,whichisbasedonthevectormodulationtechnology,appliedinX-bandphasedarraysystem.Thedesignedactivephaseshifterincludetheorthogonalsignalgenerator,thevectoradder,theDACgaincontrolcircuitandtheon-chipBalun.Theorthogonalsignalgeneratorcircuithasdesignedb

6、yorthogonalall-passfilterstructure.Thevectoradderconsistsoftwogilbertgaincontrolunits,eachunitcontainsasinglepoledoublethrowswitchtogettheoutputphasequadrantbychangingtheswitchstate.TheDACgaincontrolcircuitincludefivecascodecurrentmirrorarrays,andeacharrayiscontrolledbyasinglepoledoublethrowswi

7、tch.Then,bychangingthestateofeachswitchtochangethecurrentratioofIandQpath,theoutputphaseisobtained.Tocompletetheconversionofsingle-endedsignalanddifferentialsignalandrealizeimpedancematchingfunction,theon-chipBalunhasdesignedbythe