多频段下一代通信系统射频前端微波无源器件新设计

论文摘要

本文主要探讨了在各国不同频带标准下设计多频段下一代4G通信系统射频前端时所使用的薄膜无源器件设计以及系统搭建优化处理。针对现有WiMax以及未来LTE系统的不同标准频段使用安森美提供的设计工艺提出了自己的设计以及仿真结果,具有较高的实际应用价值.本文所采用的SIP方法能够大大加速系统设计和集成的速度,具有很高的灵活性.本文设计的无源器件既可以作为整体基板集成使用,搭配数字基带和有源砷化镓器件既可组成完整的无线通信系统,同样也可以作为独立器件单独封装使用,通过倒装片与金线绑定等多种方式使用在无线通信系统中,由于硅基板工艺与传统的晶圆代工厂工艺高度兼容,可以极大地降低成本,同时拥有很好的尺寸和性能。本文首先对于微波集成电路现有流行的各种技术予以了介绍和分析,对于各种技术的优缺点有着深入的分析,提出采用现有模拟IC代工厂所常用的硅基工艺制作无源器件,对于困扰硅基器件的片上电感品质因素提高的问题,在分析传统和改进型高Q值模拟IC工艺的基础上,进一步提出采用晶圆封装工艺的WLCSP技术,以在晶圆代工厂制作片上电感的步骤基础上在封测厂后道制作叠层电感,通过版图级仿真和实际测量结果,对于这一影响小型化器件性能的关键器件性能有了比较好的提高。其次,本文在以上研究的基础上基于安森美公司的设计工艺在第四代通信系统的多种频段设计仿真了多种常用的微波无源器件,采用集总参数结构以符合小型化的要求,并在电路级和版图级进行了仿真和优化,部分设计结果经过实际流片测试校正,与仿真结果非常吻合,具有良好的实用性和重复性,仿真参数设置准确。与传统的低温烧结陶瓷器件比较,尺寸和性能上有一定的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图目录
• 表格目录
• 第1章 绪论
• 1.1 下一代通信系统技术的历史和现状
• 1.2 WiMax 与LTE技术现有的主要频段和应用
• 1.2.1 ITU与3GPP对于频段的划分
• 1.2.2 美国、欧洲与其它地区
• 1.2.3 中国地区
• 1.3 WiMax与LTE通信系统的特点和区别点
• 1.3.1 OFDMA技术
• 1.3.2 MIMO技术
• 1.3.3 两者区别
• 1.4 射频前端微波电路主要研究方向
• 1.4.1 多芯片封装技术
• 1.4.2 高性能片上集成器件
• 1.4.3 基本无源器件制作的流行技术
• 1.4.4 有源器件制作的流行技术
• 1.5 论文的结构和主要贡献
• 1.5.1 论文的结构
• 1.5.2 论文的主要贡献
• 第2章 片上电感的设计仿真与优化
• 2.1 集成片上电感
• 2.1.1 集成片上电感对于射频电路的作用
• 2.1.2 集成片上电感实现中主要的问题
• 2.2 片上电感的物理模型与分析
• 2.2.1 电感值的计算
• 2.2.2 片上螺旋电感的实现
• 2.3 多种工艺优化片上电感的研究
• 2.3.1 传统工艺与先进的高Q铜工艺的比较
• 2.3.2 WLCSP工艺的引入和改进
• 2.3.3 多种工艺设计和仿真片上螺旋电感
• 2.4 薄膜技术实现集总元件滤波器的尝试
• 2.4.1 5G宽带滤波器的设计
• 2.4.2 实际版图设计与测量结果比对
• 2.5 小结
• 第3章 功率分配器的设计与实现
• 3.1 功率分配器与耦合器
• 3.1.1 常见耦合器
• 3.1.2 常用功分器和性能指标
• 3.1.3 Wilkinson 功分器的主要原理
• 3.2 集总参数设计TD-LTE频段功分器
• 3.2.1 Wilkinson功分器的实现
• 3.2.2 电路优化和仿真结果
• 3.2.3 实际版图设计与仿真结果
• 3.3 小结
• 第4章 多频段双信器设计和实现
• 4.1 双信器的主要指标
• 4.1.1 双工器与双信器的区别
• 4.1.2 双信器的主要构成和指标
• 4.2 设计LTE频段双信器
• 4.2.1 电路仿真与设计优化
• 4.2.2 版图设计与仿真结果
• 4.3 设计WiMax频段双信器
• 4.4 实际测量结果与仿真比对
• 4.5 系统优化
• 4.5.1 采用宽带滤波器级联优化性能
• 4.5.2 仿真结果
• 4.6 小结
• 第5章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果