GaN基X波段五位数字移相器与CMOS超宽带低噪声放大器的设计

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随着相控阵雷达的发展,对发射/接收(T/R)组件的指标要求越来越高。移相器作为改变传输信号相位的元件,是相控阵雷达T/R组件的重要组成部分,其成本、性能直接影响着相控阵雷达系统的造价和性能。由于宽带、高速率是未来无线通信技术发展的主要趋势。低噪声放大器作为超宽带T/R组件中接收前端的第一级有源电路,其性能的好坏决定了所获取信息是否完整。基于以上分析,研究移相器以及低噪声放大器,具有重要的现实意义和市场意义。论文的主要工作有:完成了GaN基X波段五位数字移相器电路的设计。首先就移相原理、各种类型移相器电路的工作方式、特点以及设计方法等进行分析。在此基础上,设计了GaN基X波段五位数字移相器电路。其中利用GaN HEMT、信号S参数测试结果的工艺原型作为开关器件模型,解决了在移相器电路设计过程中晶体管无成熟开关模型的问题,并对开关进行了匹配以缓解GaN HEMT单管插入损耗过大的问题使其适合在移相器电路中使用。对于移相单元的设计,大相位180°90°、45°采用高低通结构,22.5°以及11.25°在传统桥T式结构的基础上进行改进,以实现宽带应用。对各个移相单元以及移相单元的级联进行了仿真与优化。其中移相器模块工作频带内移相精度绝对误差最大为5.763°,基本移相功能正确。完成了应用于超宽带射频接收机中的CMOS低噪声放大器的设计。论文首先分析了各种宽带低噪声放大器的结构,以及应用于CMOS氏噪声放大器的提高其性能的技术,并在此基础上设计了一款超宽带低噪声放大器,通过对电路的仿真及优化,结果表明,在3.1-10.6GHz的工作频率范围内,输入输出反射系数基本低于-10dB,中心频率处噪声系数为4.5dB,其小信号增益最大15.3dB,带内波动2.5dB,功耗14.6mW。
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