射频器件矢量特性研究

作     者：骆睿 

作者单位：中国科学院大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李凌云

授予年度：2020年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：射频器件 矢量特性 矢量调制器 群时延测量 Tikhonov正则化 

摘      要：广义的射频(Radio Frequency，RF)表示可以辐射到空间的电磁波，频率范围在300KHz-300GHz之间，射频器件是工作在射频波段的元器件。射频器件包括射频放大器、射频开关、射频衰减器、功分器、耦合器、混频器、滤波器等，其广泛应用在高速无线通信、车载雷达、远程医疗等领域。在当今热门的5G通信领域，以及下一代(6G)通信技术研究中，射频器件起着越来越重要的作用。\n 随着射频器件的高频化和小型化，同时在通信领域追求更大的带宽的发展趋势，在射频器件传统的幅度标量特性基础上，对其相位、群时延等矢量特性的研究提出了更高的要求。围绕射频器件矢量特性这一主题，本文开展了以下工作:毫米波平衡反射型矢量调制器芯片设计与测试和基于Tikhonov正则化方法的高精度群时延测量与计算方法。本文的主要的研究工作和创新如下:\n 1.设计并流片加工了一款应用于毫米波相控阵天线的矢量调制器芯片，在详细分析了矢量调制器的工作原理的基础上，给出了可变衰减器、Lange耦合器和可变电阻的设计方案。该芯片采用了新的拓扑结构，分别在两个衰减器的耦合端和直通端引入45°传输线，在保持全平衡的特性上，减少了一半的耦合器使用量，减小了芯片面积。该芯片采用75μm衬底的GaAs PIN工艺进行流片，芯片面积为1.9×2.3mm2，经过实测，在0-360°的可调范围内，最小插损为14.9dB，验证了其工作特性。\n 2.针对目前群时延测量方法中存在的频率分辨率与精度之间的矛盾，本文中提出了一种基于Tikhonov正则化的方法来求解群时延，该方法能够省去差分的步骤，避免差分运算带来的误差，最后计算得到的群时延结果具有精度高，分辨率高的特点。经实验验证，该方法能够将群时延测量误差降至皮秒级，远低于当前的普遍使用的群时延测量方法得到的结果。