射頻前端毫米波積體電路之研製

  • 蘇 俊吉

Student thesis: Doctoral Thesis

Abstract

本論文主要研究使用砷化鎵/氮化鎵製程製作射頻前端之關鍵元件,應用於毫米波通訊系統的收發機射頻前端電路元件。本論文分成五大部,第一部份,一個操作在Ka頻帶可寬頻操作180°的微波積體電路相移器,利用藍吉耦合器和場效電晶體所組合,具有精確相移和固定?率輸出效果。利用一種新的高電子遷移率砷化鎵電晶體佈局,降低電晶體的寄生效應,提高開關的隔離度。通過藍吉耦合器的寬頻操作效果,使該相移器具有寬頻操作和低插入損失變化,以及良好的反射損失條件,量測結果顯示,操作頻寬在30GHz至37GHz,插入損失在9dB至10dB之間,0°和180°具有小於1dB的插入損失變化,反射損失大於17dB以上。第二部分,一個反射式相移器,使用3dB藍吉耦合器和兩個反射負載,操作在Ka頻帶,其反射負載由一個固定電感和對接二極體變容器,所形成的LC諧振,可以用來減少相移器的插入損失,並在不同相移操作下,降低插入損失變化。操作在30GHz至40GHz,45度的相移變化量下,插入損失僅在1 75dB至3dB範圍,振幅誤差變化僅在±0 25dB,該設計除了可以減少晶片面積,並可多級串聯使用。第三部分,一個操作在24-44 GHz具有高隔離高增益的次諧波混波器,使用0 15?m的GaAs pHEMT的製程技術,實現在晶片尺寸面積為1 33×0 82 mm2。這個次諧波混波器的配置是由一個中頻(IF)前置放大器和一個射頻(RF)放大器,以及使用一對相反並聯的二極體(Anti-Parallel Diode APDP)所組成。IF前置放大器設置可增加本地訊號(LO)和IF之間的隔離,而射頻放大器的設置,可放大射頻信號實現次諧波混波器的高轉換增益,兩個定向的耦合微帶線都用於增加IF到RF,LO到IF,和LO號RF之間的隔離度。實測結果顯示,混波器的轉換增益從24到44 GHz在6到10 5dB,IF到RF、LO到IF、LO到RF和2LO到RF的隔離度,分別為24 5–27 1 dB、32 4–39 6 dB、20 6–24 6 dB、48 4–65 dB。第四部分,一種新的180°混合耦合線,利用兩個λ/ 4的三條耦合微帶線所構成,應用在單平衡的次諧波降頻混波器,使用0 15?m的GaAs pHEMT技術,其晶片面積小於0 82×0 83 mm2。該混波器利用180°混合耦合線,結合相反並聯的二極體(APDP)將LO與RF混波產生IF訊號,再經過低通濾波器獲得降頻混波的IF訊號,具有低轉換損失9 dB 到14 dB與寬頻操作等優異表現。最後部分,一種新的高線性寬頻衰減器,是利用一個90°混合?率分配,將?率一分為二,經過兩組0°~90°相移器,使兩訊號同?率但相位具有0°~180°變化的差值,再利用威金森?率分配器結合,透過兩個0~180°相位差訊號的結合,來控制衰減器的衰減量變化。該衰減器操作頻寬在15GHz 到40 GHz,是目前所知MMIC衰減器中,操作在毫米波頻段具有最大之線性度處理能力,並且具有能保持恆相位輸出能力。晶片製作後所量測在15GHz 到40 GHz有大於12dB的衰減範圍,在15-32GHz有大於20dB以上的衰減範圍,整個頻段的插入損失約4dB至5dB,操作頻寬與模擬計算預測相當接近,衰減器在35GHz最大之線性度處理(IP1dB)大於20dBm,利用兩組相移器,能固定在某個頻率點控制衰減下的相位維持固定,整體晶片面積為1 4 x 1 2 mm2。
Date of Award2015 Sep 4
LanguageChinese
SupervisorYeong-Her Wang (Supervisor)

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射頻前端毫米波積體電路之研製
俊吉, 蘇. (Author). 2015 Sep 4

Student thesis: Doctoral Thesis