Ka波段I/Q调制器的研究
摘要
异质结双极晶体管(HBT)是毫米波、微波应用领域中最重要的器件之一,其中砷化镓(GaAs) HBT具有更好的高频特性、绝缘性能以及更高的电流增益。
本文主要对基于GaAs HBT器件Ka波段的I/Q调制器进行了研究。
首先对Ka频段基于吉尔伯特单元混频器结构的I/Q调制器完成了简单的设计以及仿真,其中本振抑制度为27.7dB左右,边带抑制度为26.6dB左右。
本文的主要工作,完成了Ka频段基于GaAs HBT器件的模拟反射型I/Q矢量调制电路的设计以及仿真。其中包括对冷模HBT器件在不同偏置条件下器件特性的变化、Ka频段的Lange耦合器、Ka频段的威尔金森功率分配器以及对I/Q调制中的BPSK调制器和QPSK调制器都进行了详细的设计和分析。本矢量调制器的载波抑制大约为25.6dB,边带抑制大约为27dB。
本文最后在I/Q矢量调制电路基础上进一步提出了一种新的电路结构,通过对原有电路结构的改进在不影响电路功能的前提下节省了大量的芯片面积,从而节省了制作成本。
Heterojunction bipolar transistor (HBT) is one of the most important devices in millimeter wave and microwave applications, and GaAs HBT has better high frequency characteristics, insulation performance and higher current gain. In this paper, I/Q modulators were proposed based on Ka-band GaAs HBT device.
Firstly, a I/Q modulator based on Ka-band mixer Gilbert cell structure is completed in which the degree of carrier suppression is about 27.7dB, and degree of sideband suppression is about 26.6dB.
Secondly, reflection-type binary phase-shift keying and in-phase and quadrature modulator are reported which is the main work in this paper. A cold-mode HBT device model with varying bias conditions is proposed, which is suitable for millimeter-wave circuit design and simulation. The analysis and design for the reflection-type modulators are also presented which including the design of Ka-band Lange coupler and Ka-band Wilkinson power divider .The vector modulator carrier suppression of about 25.6dB, sideband suppression is about 27dB.
Finally, the basis of the I/Q vector modulation circuit further proposed a new circuit structure, through the improvement of the original circuit does not affect the circuit functions in the premise of saving a lot of chip area, thus saving production costs.
本文主要对基于GaAs HBT器件Ka波段的I/Q调制器进行了研究。
首先对Ka频段基于吉尔伯特单元混频器结构的I/Q调制器完成了简单的设计以及仿真,其中本振抑制度为27.7dB左右,边带抑制度为26.6dB左右。
本文的主要工作,完成了Ka频段基于GaAs HBT器件的模拟反射型I/Q矢量调制电路的设计以及仿真。其中包括对冷模HBT器件在不同偏置条件下器件特性的变化、Ka频段的Lange耦合器、Ka频段的威尔金森功率分配器以及对I/Q调制中的BPSK调制器和QPSK调制器都进行了详细的设计和分析。本矢量调制器的载波抑制大约为25.6dB,边带抑制大约为27dB。
本文最后在I/Q矢量调制电路基础上进一步提出了一种新的电路结构,通过对原有电路结构的改进在不影响电路功能的前提下节省了大量的芯片面积,从而节省了制作成本。
Heterojunction bipolar transistor (HBT) is one of the most important devices in millimeter wave and microwave applications, and GaAs HBT has better high frequency characteristics, insulation performance and higher current gain. In this paper, I/Q modulators were proposed based on Ka-band GaAs HBT device.
Firstly, a I/Q modulator based on Ka-band mixer Gilbert cell structure is completed in which the degree of carrier suppression is about 27.7dB, and degree of sideband suppression is about 26.6dB.
Secondly, reflection-type binary phase-shift keying and in-phase and quadrature modulator are reported which is the main work in this paper. A cold-mode HBT device model with varying bias conditions is proposed, which is suitable for millimeter-wave circuit design and simulation. The analysis and design for the reflection-type modulators are also presented which including the design of Ka-band Lange coupler and Ka-band Wilkinson power divider .The vector modulator carrier suppression of about 25.6dB, sideband suppression is about 27dB.
Finally, the basis of the I/Q vector modulation circuit further proposed a new circuit structure, through the improvement of the original circuit does not affect the circuit functions in the premise of saving a lot of chip area, thus saving production costs.
引文
[1]王琦，王毅凡．Ka波段通信卫星发展应用现状．卫星与网络2010
[2]张素平，基于软件无线电的差分相移键控解调技术研究，大连理工大学大学硕士论文，2008
[3]吴阳春，60GHz波段直接变频调制器的研制，东南大学硕士论文，2006
[4]吕芳芳，基于MCM．L的ISM波段通信系统小型化研究，电子科技大学硕士论文，2006
[5]刘风林，扩频通信用微波前端小型化研究，电子科技大学硕士论文，2002
[6]周松，Ka/C波段上下变频组件研究，电子科技大学硕士论文，2009
[7]张国艳，黄如，张兴，王阳元CMOS射频集成电路的研究进展，做电子学，2004，34(4)
[8]诸亮，毫米波T/R组件研究，电子科技大学硕士论文，2008
[9]汪莉，K波段集成下变频器的设计，南京理工大学硕士论文，2008
[10]刘邓，30GHz直接变频正交调制器的设计，东南大学大学硕士论文，2007
[11]许静靓，K波段低噪声前端的关键技术，东南大学硕士论文，2007
[12]祁高品，微波接收机小型化的研究与研究，南京理工大学硕士论文，2008
[13]兰鹃，x波段接收前端某些器件的设计与研究，电子科技大学硕士论文，2005
[14]吴剑锋，小型化K波段下变频组件的设计，南京理工大学硕士论文，2008
[15]潘友兵，Ka波段集成上变频器的设计，南京理工大学硕士论文，2008
[16]华玉涛，一种双极工艺车载AM/FM立体声收音机的设计与实现，辽宁大学硕士论文，2009
[17]蒋家胜，Ka频段O_兀调相收发组件，电子科技大学硕士论文，2006
[18]薛良金．毫米波工程基础．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004
[19]杨留清，张闽申，徐菊英．数字移动通信系统．北京：人民邮电大学出版社，1996，37．51
[20]徐兴福ADS2008射频电路设计与仿真实例北京：电子工业出版社，2009，233．327
[21]Hong-Yeh Chang，Tian-Wei Huang，HueiWang，Yu-Chi Wang，Pane-ChaneChao，and Chung-Hsu Chen，“Broad-Band HBT BPSK and IQ Modulator MMICsand Millimeter-Wave Vector Signal Characterization，”IEEE Trans Actions OnMicrowave Theroy and Tech，vol 52，NO 3，March 2004
[22]Yang Hou，Lingyun Li，Rong Qian，and Xiaowei Sun,"An Efficient Technique forDesigning High--Performance Millimeter--Wave Vector Modulators With Low-Temperature Drift，”IEEE Trans Actions On Microwave Theroy and Tech，vol 52，NO 3，December 2008
[23]GaAs 1 mHBT Model Handbook 1 O，WIN Semiconduct Corporation，Taoyuan，Taiwan，ROC，July 2001
[24]S Bousnina，P Mandeville，A B Kouki，R Surridge，and F M Ghannouchi，“Direct parameter-extraction method for HBT small-signal model．”IEEE TransMicrowave Theory Tech，vol 50，PP 529 536，Feb 2002[251怀特微波半导体控制电路．北京：科学出版社，1983[261于晓丰，QPSK调制系统性能仿真分析，北京航空航天大学电子信息工程学院电磁兼容实验室北京100191，2007年3月
[27]A Ashtiani，S．-I Nam，A d’Espona，S Lucyszyn，and I D Robe~son，“Directmultilevel carrier modulation using millimeter-wave balanced vector modulators，”IEEE Trams Microwave Theory Tech，vol 46，PP 261 1 2619，Dec 1998
[28]S A Maas，B L Nelson，and D L Tait，“Intermodulation in heterjunctionbipilar transistors，”IEEE Trams Microwave Theory Tech，vol 40，PP 442 448，Mar 1992
[29]B Li and S Prasad，“Intermodulation analysis ofthe collector-up In-GaAs/InAlAs/InP HBT using volterra series，”IEEE Trans Microwave Theory Tech，vol 46，PP 1321 1323，Sept 1998
[30]A Weetzei，“A stable 250 to 4000 MHz GaAs IQ modulator IC，”in IEEE IntSolid-State Circuits Cone Dig，1997，PP 364 365
[31]A Alexaniam，M Wu，A Burgess，Y Wei，and X Xhang，“A SiGe transceiverchipset for 100 Mbps/1 Gbps digital communication over cable system，”in ProcIEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symp，2002，PP 1 19 122
[32]G Brenna，D Tschopp，D Pfa]t；and Q Huamg，“A 2 GHz direct conversionWCDMA modulator in()_25 m CMOS，”in IEEE Int Solid-State Circuits Conf．Dig，vol 2，2002，PP 232 235
[33]A Boveda，F Orilgoso，and J I Alonso，“A O 7 3 GHz GaAs QPSK/QAM directmodulator，”IEEE J Solid-State Circuits，vol 28，PP 1340 1349，Dec 1993
[34]R Desrosiers，J Cowles，C Hombuckle，A Gutierrez-Aitken，and J Becker，“Monolithic 14 GHz widerband InP HBT BPSK modulator，”in Proc GalliumArsenide Integrated Circuit Symp，1998，PP 135 138
[35]I Telliez，A-M Couturier，C Rumelhard，C Versnaeyen，P Champion，and DFayol，“A compact monolithic microwave demodulator-modulator for 64-QAMdigital radio links，”IEEE Trams Microwave Theory Tech，vol 39，PP 1947 1954，Dec 1991
[36]G Samuel Dow，J Yang，and K-H Yen，“Vector signal measurement for 38 GHzdigital radio applications，”Microwave J，vol 42，no 10，PP 94 106，Oct 1999
[2]张素平，基于软件无线电的差分相移键控解调技术研究，大连理工大学大学硕士论文，2008
[3]吴阳春，60GHz波段直接变频调制器的研制，东南大学硕士论文，2006
[4]吕芳芳，基于MCM．L的ISM波段通信系统小型化研究，电子科技大学硕士论文，2006
[5]刘风林，扩频通信用微波前端小型化研究，电子科技大学硕士论文，2002
[6]周松，Ka/C波段上下变频组件研究，电子科技大学硕士论文，2009
[7]张国艳，黄如，张兴，王阳元CMOS射频集成电路的研究进展，做电子学，2004，34(4)
[8]诸亮，毫米波T/R组件研究，电子科技大学硕士论文，2008
[9]汪莉，K波段集成下变频器的设计，南京理工大学硕士论文，2008
[10]刘邓，30GHz直接变频正交调制器的设计，东南大学大学硕士论文，2007
[11]许静靓，K波段低噪声前端的关键技术，东南大学硕士论文，2007
[12]祁高品，微波接收机小型化的研究与研究，南京理工大学硕士论文，2008
[13]兰鹃，x波段接收前端某些器件的设计与研究，电子科技大学硕士论文，2005
[14]吴剑锋，小型化K波段下变频组件的设计，南京理工大学硕士论文，2008
[15]潘友兵，Ka波段集成上变频器的设计，南京理工大学硕士论文，2008
[16]华玉涛，一种双极工艺车载AM/FM立体声收音机的设计与实现，辽宁大学硕士论文，2009
[17]蒋家胜，Ka频段O_兀调相收发组件，电子科技大学硕士论文，2006
[18]薛良金．毫米波工程基础．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004
[19]杨留清，张闽申，徐菊英．数字移动通信系统．北京：人民邮电大学出版社，1996，37．51
[20]徐兴福ADS2008射频电路设计与仿真实例北京：电子工业出版社，2009，233．327
[21]Hong-Yeh Chang，Tian-Wei Huang，HueiWang，Yu-Chi Wang，Pane-ChaneChao，and Chung-Hsu Chen，“Broad-Band HBT BPSK and IQ Modulator MMICsand Millimeter-Wave Vector Signal Characterization，”IEEE Trans Actions OnMicrowave Theroy and Tech，vol 52，NO 3，March 2004
[22]Yang Hou，Lingyun Li，Rong Qian，and Xiaowei Sun,"An Efficient Technique forDesigning High--Performance Millimeter--Wave Vector Modulators With Low-Temperature Drift，”IEEE Trans Actions On Microwave Theroy and Tech，vol 52，NO 3，December 2008
[23]GaAs 1 mHBT Model Handbook 1 O，WIN Semiconduct Corporation，Taoyuan，Taiwan，ROC，July 2001
[24]S Bousnina，P Mandeville，A B Kouki，R Surridge，and F M Ghannouchi，“Direct parameter-extraction method for HBT small-signal model．”IEEE TransMicrowave Theory Tech，vol 50，PP 529 536，Feb 2002[251怀特微波半导体控制电路．北京：科学出版社，1983[261于晓丰，QPSK调制系统性能仿真分析，北京航空航天大学电子信息工程学院电磁兼容实验室北京100191，2007年3月
[27]A Ashtiani，S．-I Nam，A d’Espona，S Lucyszyn，and I D Robe~son，“Directmultilevel carrier modulation using millimeter-wave balanced vector modulators，”IEEE Trams Microwave Theory Tech，vol 46，PP 261 1 2619，Dec 1998
[28]S A Maas，B L Nelson，and D L Tait，“Intermodulation in heterjunctionbipilar transistors，”IEEE Trams Microwave Theory Tech，vol 40，PP 442 448，Mar 1992
[29]B Li and S Prasad，“Intermodulation analysis ofthe collector-up In-GaAs/InAlAs/InP HBT using volterra series，”IEEE Trans Microwave Theory Tech，vol 46，PP 1321 1323，Sept 1998
[30]A Weetzei，“A stable 250 to 4000 MHz GaAs IQ modulator IC，”in IEEE IntSolid-State Circuits Cone Dig，1997，PP 364 365
[31]A Alexaniam，M Wu，A Burgess，Y Wei，and X Xhang，“A SiGe transceiverchipset for 100 Mbps/1 Gbps digital communication over cable system，”in ProcIEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symp，2002，PP 1 19 122
[32]G Brenna，D Tschopp，D Pfa]t；and Q Huamg，“A 2 GHz direct conversionWCDMA modulator in()_25 m CMOS，”in IEEE Int Solid-State Circuits Conf．Dig，vol 2，2002，PP 232 235
[33]A Boveda，F Orilgoso，and J I Alonso，“A O 7 3 GHz GaAs QPSK/QAM directmodulator，”IEEE J Solid-State Circuits，vol 28，PP 1340 1349，Dec 1993
[34]R Desrosiers，J Cowles，C Hombuckle，A Gutierrez-Aitken，and J Becker，“Monolithic 14 GHz widerband InP HBT BPSK modulator，”in Proc GalliumArsenide Integrated Circuit Symp，1998，PP 135 138
[35]I Telliez，A-M Couturier，C Rumelhard，C Versnaeyen，P Champion，and DFayol，“A compact monolithic microwave demodulator-modulator for 64-QAMdigital radio links，”IEEE Trams Microwave Theory Tech，vol 39，PP 1947 1954，Dec 1991
[36]G Samuel Dow，J Yang，and K-H Yen，“Vector signal measurement for 38 GHzdigital radio applications，”Microwave J，vol 42，no 10，PP 94 106，Oct 1999
© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号 地址：北京市海淀区学院路29号 邮编：100083 电话：办公室：(+86 10)66554848；文献借阅、咨询服务、科技查新：66554700 |