X波段小型化下变频器的研究与设计

论文摘要

变频器在微波通信、雷达、遥测以及许多微波测量系统中被广泛地使用。变频器指标的好坏直接影响整个系统的性能。随着我国航天和航空技术的发展,对高可靠性和小型化的变频器的需求量越来越大。如何快速、准确地设计出满足指标要求的高可靠、小型化变频器,成为了一个值得研究的课题,这也是本课题的出发点。本文主要对利用薄膜混合集成电路技术实现的小型化下变频器进行了研究,建立了变频器中常用关键单元电路的精确模型。下变频器主要由低噪声放大器、滤波器、混频器、中频放大器、均衡器等关键单元电路组成。论文首先对薄膜工艺变频器电路常用的集总电感、电容和电阻以及键合金丝的性能进行了分析,建立了相应的模型。随后对典型的单元电路进行了分析建模,主要内容包括:对在平衡式放大器和混频器中大量使用的几种常见结构的耦合器进行了分析,并对其各自的优缺点进行了阐述;对下变频器中常用的低通和带通滤波器,尤其是常用于薄膜电路中的低通和带通滤波器的性能进行了分析,建立了相应的电路模型。对低噪声放大器的电路及其实现方式进行了分析,设计了平衡式和单端式低噪声放大器;对微波混频器的常用结构进行了分析,设计并建立了单平衡式混频器的电路模型。在完成以上基本电路模型设计的基础上,利用HFSS和ADS的接口功能,把下变频器所需的电路做成适用于两种软件的插件,建立了一个设计下变频器的软件平台。最后,利用所构建的设计平台设计了一个X波段薄膜工艺的下变频器,给出了各单元电路薄膜基片加工版图及整体腔体图。仿真设计结果表明论文所做工作有助于缩短小型化变频器的设计制造周期和降低生产成本。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 微波集成电路的发展及国内外动态
• 1.3 薄膜电路工艺介绍
• 1.4 论文的主要内容及结构安排
• 第二章 下变频器主要指标及常见结构
• 2.1 下变频器主要指标
• 2.2 下变频器的常见结构
• 2.3 本课题中下变频的结构
• 2.4 小结
• 第三章 无源器件模型
• 3.1 金丝模型
• 3.2 薄膜电感模型及分析
• 3.3 薄膜电容的模型
• 3.4 薄膜电阻模型
• 3.5 耦合器模型及分析
• 3.5.1 分支线定向耦合器
• 3.5.2 环形耦合器
• 3.5.3 返波耦合器模型
• 3.5.4 兰格耦合器
• 3.6 滤波器模型
• 3.6.1 滤波器理论
• 3.6.2 低通滤波器模型
• 3.6.3 带通滤波器模型
• 3.7 小结
• 第四章 低噪声放大器设计
• 4.1 低噪声放大器的技术指标
• 4.2 低噪声放大器设计
• 4.2.1 低噪声晶体管模型的建立
• 4.2.2 单端式低噪声放大器的设计
• 4.2.3 平衡式低噪声放大器的设计
• 4.3 小结
• 第五章 混频器设计
• 5.1 混频器的主要指标
• 5.2 肖特基二极管及混频原理
• 5.2.1 肖特基势垒二极管
• 5.2.2 肖特基二极管混频原理
• 5.3 混频器电路及性能分析
• 5.3.1 单端混频器
• 5.3.2 单平衡式混频器
• 5.3.3 双平衡式混频器
• 5.4 混频器设计
• 5.4.1 混频器指标
• 5.4.2 混频二极管的选择
• 5.4.3 单平衡混频器电路设计
• 5.5 小结
• 第六章 仿真平台及X 波段下变频器设计验证
• 6.1 ADS 和HFSS 仿真平台建立
• 6.1.1 平台设计思路
• 6.1.2 ADS 中模型和仿真平台的建立
• 6.1.3 HFSS 模型库的建立
• 6.2 X 波段下变频器设计验证
• 6.2.1 下变频系统主要技术指标要求及系统指标分解
• 6.2.2 各单元电路的确定
• 6.2.3 系统整体仿真验证
• 6.3 小结
• 第七章 单元电路实物验证及总结
• 7.1 单元电路实物验证
• 7.1.1 滤波器测试
• 7.1.2 低噪声放大器测试
• 7.1.3 混频器测试
• 7.2 总结及展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果