【摘 要】
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随着相控阵技术的发展,其利用电子方法完成在各种介质的波束指向扫描,并且具有高性能、多功能等诸多优点,应用范围也逐渐从军事转向5G通信、车载雷达系统等民用领域,而射频移相架构的相控阵具有抗干扰能力强、波束指向性强的优点,成为其中的热门方向。因此,本文基于SiGe BiCMOS工艺,面向射频移相架构的相控阵,设计出工作在8～12GHz的射频接收单通道,该通道包括低噪声放大器、可变增益放大器和五位有源移
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随着相控阵技术的发展,其利用电子方法完成在各种介质的波束指向扫描,并且具有高性能、多功能等诸多优点,应用范围也逐渐从军事转向5G通信、车载雷达系统等民用领域,而射频移相架构的相控阵具有抗干扰能力强、波束指向性强的优点,成为其中的热门方向。因此,本文基于SiGe BiCMOS工艺,面向射频移相架构的相控阵,设计出工作在8～12GHz的射频接收单通道,该通道包括低噪声放大器、可变增益放大器和五位有源移相器。论文首先针对相控阵这一应用,介绍常见的相控阵架构确定设计方向与目标,然后展开对射频接收单通道中的子模块的设计。其中,低噪声放大器采用Cascode结构,即共射共基结构,利用并联电阻形成负反馈使得输入阻抗在工作频段下趋于一个固定值,再通过设计π型匹配网络,实现宽带匹配,此外采用峰值电感技术,并联在电路作为负载,实现高频增益足够高并且平坦度较好,最后通过射极跟随器作为输出级,以隔离前后级。可变增益放大器基于电流舵结构,引入阻容反馈,展宽带宽并提高线性度,利用数控电路实现五位增益控制,增益范围为0～-31dB,同样采用射极跟随器作为输出级,与有源移相器相隔离。有源移相器则基于矢量合成结构,对其需要的RC正交信号发生器、矢量合成电路和输出巴伦分别设计,最后完成级联。移相器接收可变增益放大器输出的差分信号后,经过正交信号发生器,形成同相信号I和正交信号Q不同的两路信号,而矢量合成电路通过控制电流对两路信号的幅值进行控制再合成输出得到相位不同的等幅差分信号,最后由输出巴伦转为单端信号输出,实现五位移相控制,移相步进为11.25°。在三个子模块设计完并符合指标分解中的要求后,进行级联完成射频接收单通道的设计。本文设计基于Tower Jazz 0.18μm SiGe BiCMOS的工艺实现,设计时由分到总,在Cadence IC软件下,先完成各个子模块的设计并仿真验证,保证达到事先规划的要求,然后完成整体单通道的集成、版图设计以及仿真验证。仿真结果显示,单通道在所需的8～12GHz工作频带内,输入输出匹配良好,增益为11.8～43.8dB,RMS移相误差≤3°,RMS增益误差≤0.5dB,增益波动≤1dB,噪声系数≤4.5dB,符合设计指标要求。
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