Ku波段MMIC数控移相器和数控衰减器的研究与设计

作     者：周赡成 

作者单位：浙江工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨海清;周守利

授予年度：2019年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：Ku波段 微波单片集成电路(MMIC) 相控阵 数控衰减器 数控移相器 

摘      要：随着微波通讯技术的发展,微波单片集成电路（MMIC）以其小型紧凑、稳定性好、抗干扰能力强、批量生产成本低和产品性能一致性好等优点,在军事电子对抗以及民用通讯系统中得到了广泛应用。本论文研究设计的Ku波段MMIC数控移相器和数控衰减器是构成有源相控阵雷达T/R组件的重要组成部分,其性能直接决定了雷达的综合性能。论文首先对Ku波段数控移相器和数控衰减器国内外研究现状进行了概述,针对MMIC相关理论知识进行了分析,包括MMIC器件工艺、有源和无源器件模型,pHEMT开关管原理及模型等。接着详细介绍了数控移相器和数控衰减器的基本理论知识,包括技术指标分析、电路基本拓扑结构及工作原理分析等。然后根据具体的设计指标,选择合适的六位移相器和六位衰减器拓扑结构,利用微波仿真软件ADS进行原理图及版图优化仿真。然后级联确定整体电路,对整体电路版图进行电磁仿真,确保芯片整体性能指标满足设计要求。最后,基于探针台、矢量网络分析仪和开关矩阵的测试系统,对芯片实物进行了在片测试。本文的主要工作和成果如下:（1）针对Ku频段相控阵系统应用需求,采用0.25μm GaAs pHEMT工艺,完成了一款Ku波段六位数控移相器的设计并流片验证,测试结果表明芯片在14～18GHz的频段范围内,移相64态均方根误差（RMS）小于2.4°,插入损耗小于9.4dB,寄生调幅均方根误差小于0.3dB,输入输出驻波比均小于1.5:1,芯片面积为3mm×1.25mm,综合性能指标处于国内外同类成果中领先水平,为后续Ku波段相控阵天线T/R套片的研制奠定了坚实基础。（2）针对Ku频段相控阵系统应用需求,采用0.25μm GaAs pHEMT工艺,完成了一款Ku波段六位数控衰减器的设计并流片验证,测试结果表明芯片在12～18GHz的频段范围内,衰减64态均方根误差（RMS）小于0.25dB,插入损耗小于4.9dB,附加相移为-0.5°9.5°,输入输出驻波比均小于1.5:1,芯片面积为3mm×0.75mm,综合性能指标处于国内外同类成果中领先水平,为后续Ku波段相控阵天线T/R套片的研制奠定了坚实基础。