【摘 要】
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在无线通信系统中,收发前端直接决定了无线通信系统的无线网络容量和传输速率。目前,随着移动数据流量需求的持续高速增长,毫米波收发前端已成为全球性的研究热点。但是目前的毫米波收发器前端在功耗,噪声和面积方面还存在一些亟需解决的问题。为此,本文针对毫米波收发前端及其关键电路进行了深入研究,主要工作包括:（1）毫米波收发前端架构分析。通过分析传统毫米波收发机架构的优缺点,验证了双向毫米波收发前端的可实现性
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在无线通信系统中,收发前端直接决定了无线通信系统的无线网络容量和传输速率。目前,随着移动数据流量需求的持续高速增长,毫米波收发前端已成为全球性的研究热点。但是目前的毫米波收发器前端在功耗,噪声和面积方面还存在一些亟需解决的问题。为此,本文针对毫米波收发前端及其关键电路进行了深入研究,主要工作包括:（1）毫米波收发前端架构分析。通过分析传统毫米波收发机架构的优缺点,验证了双向毫米波收发前端的可实现性。与传统的单链路收发前端相比,双向收发前端能够实现收发链路的复用,降低设计时间和复杂度,并将收发前端的面积降低为原有的50%。（2）通过研究毫米波功率放大器设计中有源器件和无源器件的设计优化技术,设计了一款基于40nm CMOS工艺的Ka频段高效率功率放大器,其峰值功率附加效率为42.06%,功率增益为26.01d B;考虑到目前调制信号越来越大的峰均功率比（Peak-to-average Power Ratio,PAPR）,设计了一款工作在28GHz的片上Doherty功率放大器,实现了6d B回退功率下26.5%的功率附加效率,峰值PAE为37.38%,输出功率为23.3d Bm。（3）针对低噪声放大电路在毫米波频段应用中存在的问题,提出了一种新的三线圈耦合匹配技术,设计了一款基于40nm CMOS工艺的低噪声放大器,最终的仿真结果显示设计的单级低噪声放大器的3d B带宽为27GHz,工作频段为38GHz-65GHz,最小噪声系数为3.6d B。（4）在上述研究的基础上,研究设计了一款新型的宽带毫米波双向收发前端芯片。该收发前端采用新型的双向功率放大电路,解决了原有的双向放大电路中存在的漏电流问题。对于发射和接收模式下的不同性能要求,提出了针对双向放大电路的噪声性能提升方案,改善了双向收发前端的噪声性能。该系统实现了15.24d Bm的输出功率和6.87d B的噪声系数,芯片核心面积仅为0.08mm~2。
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