S波段单片低噪声放大器与功率放大器设计

论文摘要

本文阐述了低噪声放大器以及功率放大器的设计与应用。在现代通信系统中,低噪声放大器及功率放大器分别是接收链路前端与发射链路末端的关键组件。这两个器件性能的优劣直接影响到通信系统的整体性能的高低。本文所设计的产品属于微波单片集成电路范畴,集中阐述了S波段,2.4GHz频率下使用砷化钾赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺设计放大器(包括低噪声放大器以及功率放大器)的方法,设计思路,注意事项等等,为设计者提供有用的设计参考。本文设计的低噪声放大器与功率放大器主要用于无线局域网(Wireless Local Area Network)以及工业科学医疗频段(Industrial Scientific Medical)应用。低噪声放大器实现了2.4GHz频率下1.32dB的噪声系数,21.6dB的增益。功率放大器实现了21dBm的输出功率以及43%以上的功率附加效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 MMIC 研究的发展概况
• 1.3 本文研究的背景与目的
• 2 MMIC 的常用工艺技术与器件
• 2.1 概述
• 2.2 MMIC 中常用的有源器件
• 2.2.1 传统的双极型晶体管
• 2.2.2 异质结双极型晶体管HBT
• 2.2.3 SiGe 异质结双极型器件
• 2.2.4 GaAs 异质结双极型器件
• 2.2.5 InP 异质结双极型器件
• 2.2.6 金属半导体场效应管
• 2.2.7 高电子迁移率管和赝配高电子迁移率管
• 2.2.8 PHEMT 的小信号等效电路
• 2.3 MMIC 中常用的无源器件
• 2.3.1 电阻
• 2.3.2 电容
• 2.3.3 电感
• 2.3.4 螺旋电感的EM 仿真
• 3 射频放大器设计原理
• 3.1 概述
• 3.2 功率增益的定义
• 3.3 最大小信号增益设计
• 3.4 二端口网络的稳定性
• 3.4.1 稳定性圆
• 3.4.2 二端口网络级联后的稳定性
• 3.4.3 稳定性改善的方法
• 3.5 射频放大器的结构
• 3.6 噪声与噪声系数
• 3.6.1 噪声的来源
• 3.6.2 噪声系数的定义
• 3.7 最佳噪声匹配
• 3.8 等噪声系数圆
• 3.9 最大线性输出功率设计（工作功率增益设计法）
• 3.10 最佳噪声匹配设计低噪声放大器（资用功率增益法）
• 3.11 小结
• 4 功率放大器设计
• 4.1 概述
• 4.2 功率放大器的分类与设计
• 4.2.1 A 类功率放大器
• 4.2.2 B 类功率放大器
• 4.2.3 AB 类功率放大器
• 4.2.4 C 类功率放大器
• 4.2.5 D 类功率放大器
• 4.2.6 E 类功率放大器
• 4.2.7 F 类功率放大器
• 4.3 功率放大器的功率与效率
• 4.4 功率放大器的线性与失真
• 4.4.1 1dB 压缩点与动态范围
• 4.4.2 功率放大器的交调失真
• 4.4.3 功率放大器的谐波失真
• 4.4.4 功率放大器的相位失真
• 4.5 准线性功率放大器的设计
• 4.5.1 Cripps 负载线法设计功率放大器
• 4.5.2 负载牵引法设计功率放大器
• 4.6 非线性电路的仿真技术
• 4.7 小结
• 5 低噪声放大器设计步骤
• 5.1 低噪声放大器的设计指标
• 5.2 设计思路
• 5.2.1 首先熟悉器件的基本性能
• 5.2.2 稳定性研究
• 5.2.3 输入匹配网络设计
• 5.2.4 输出匹配网络设计
• 5.2.5 偏置网络设计
• 5.2.6 动态范围的调整
• 5.3 设计结果
• 6 功率放大器设计步骤
• 6.1 功率放大器设计目标
• 6.2 设计思路
• 6.2.1 器件选择
• 6.2.2 直流工作点的选择与负载牵引法
• 6.2.3 负载线法
• 6.3 设计结果
• 6.3.1 功率放大器的拓扑图
• 6.3.2 功率放大器性能
• 7 总结
• 7.1 概述
• 7.2 设计方法总结以及注意问题
• 7.2.1 放大器设计方法总结
• 7.2.2 功率放大器设计方法总结
• 7.2.3 片上电感的电磁仿真总结
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文