【摘 要】
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C波段的混频器（mixer）和压控振荡器（VCO）作为收发通信系统中的变频模块,是卫星和雷达等应用领域的射频通信中极其关键的射频器件。本文以C波段的变频模块为研究课题,重点研究了双平衡无源混频电路和交叉耦合压控振荡电路。论文在对双平衡混频器和压控振荡器的基本性能指标和工作机理进行分析阐述的基础上,针对混频电路重点分析了巴伦和电容元件对隔离度、噪声和线性度等性能的影响;针对振荡电路分析了寄生参量、电
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C波段的混频器（mixer）和压控振荡器（VCO）作为收发通信系统中的变频模块,是卫星和雷达等应用领域的射频通信中极其关键的射频器件。本文以C波段的变频模块为研究课题,重点研究了双平衡无源混频电路和交叉耦合压控振荡电路。论文在对双平衡混频器和压控振荡器的基本性能指标和工作机理进行分析阐述的基础上,针对混频电路重点分析了巴伦和电容元件对隔离度、噪声和线性度等性能的影响;针对振荡电路分析了寄生参量、电容和电感Q值的变化对调谐带宽、相噪等性能的影响。最终基于0.5μm GaAs pHEMT工艺完成了C波段混频器和压控振荡器的电路设计和仿真。针对C波段混频器的设计,基于0.5μm GaAs pHEMT工艺采用了信号输入终端开路的本振（Local Oscillator,LO）巴伦和带电容相位补偿以及电容滤波的新型射频（Radio Frequency,RF）巴伦组成的双平衡混频结构。论文中阐述了环形混频二极管的选取依据和巴伦的设计。该混频器具有较低的变频损耗、非常高的端口之间的隔离度、较小的噪声系数和良好的线性度。最终设计的GaAs pHEMT双平衡混频器在仿真上变频损耗为6d B,电路的平衡性对称使本振端口到中频（Intermediate Frequency,IF）端口的隔离度可达到45d B。该混频器输入的1d B压缩点(P1d B)为10d Bm。电路的对称平衡使输入的三阶交调截点（IP3）为15d Bm。混频器的单边带噪声系数仅为5d B,芯片面积为1.50mm×1.32mm×0.1mm。对于C波段压控振荡器的设计,为了尽量让调谐频率覆盖C波段和降低相位噪声,故本文基于0.5μm GaAs pHEMT工艺采用交叉耦合的基础架构来保证宽带下振荡电路的起振条件。因工艺未提供变容二极管和提高谐振电路的Q值需求,选用了Macom公司的高变容比、高Q值的变容二极管,将谐振腔电路置于芯片之外;而交叉耦合负阻电路在芯片内集成,与谐振腔一同焊接在PCB电路板上。所设计的压控振荡器依靠片上宽带负阻结构实现了宽频带调谐,利用片外村田元件的高Q值来降低了相位噪声,电路具有一定的后级驱动能力。最终完成的GaAs pHEMT压控振荡器可以在4.4GHz到8GHz之间进行连续频率调谐,相位噪声系数可达-100d Bc/Hz@100KHz,输出功率可达9d Bm。在直流电压5V的供电下,电流为35.6mA。
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