文档介绍：西安电子科技大学
硕士学位论文
X波段GaN微波单片低噪声放大器的设计
姓名:武晓莺
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:冯晖
20100101
摘要本文主要设计基于氮化镓高电子迁移率晶体管的ǘ挝⒉ǖテ驮肷糯器,首先简单介绍了氮化镓材料、器件的优势及氮化镓微波单片集成电路的发展现状;接着,对二端口网络的表述及其噪声、阻抗匹配的原理和低噪声放大器的主要特性指标进行了阐述;然后,分析了氮化镓微波单片集成电路中有源无源元件的原理及等效电路,利用软件对各无源元件进行精确的电磁仿真及分析;结合宽带放大器和低噪声放大器设计技术及制造工艺,利用砑杓屏嘶氮化镓高电子迁移率晶体管的两级ǘ挝⒉ǖテ驮肷糯笃鳌最终实现在整个ǘ未锏皆鲆嬖鲆,;匚⒉ǖテ驮肷糯笃鳌W詈笥肔砑迪至说缏返陌嫱设计,并对氮化镓单片集成电路的工艺流程及主要工艺做了简要分析。关键词:氮化镓高电子迁移率晶体管微波单片集成电路低噪声放大器平面螺旋电感
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斗本人签名::盘啦茑本人签名:.我啦耄西安电子科技大学创新性声明关于使用授权的声明日期:Ⅻ:至:本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果;也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕业离校后,发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。C艿穆畚脑解密后遵守此规定日期:导师签名:
第一章引言§课题研究意义低噪声放大器作为射频接收系统的第一级放大模块,主要功能是将来自天线的低压信号进行小信号放大。其噪声系数、非线性、稳定性及灵敏度等性能指标直接决定着整个接收机系统的性能【。因此,设计噪声系数低、具有足够的功率增益、工作稳定性好,且又具有足够的带宽和大的动态范围的低随着机载雷达、地空导弹系统、宇航及卫星通信技术的发展,迫切需要提高整机的整体性能,而凑、稳定性好、抗干扰能力强、批量生产成本低和产品一致性好等特性成为军事电子对抗及民用通信系统最具吸引力的选择。与此同时,随着半导体理论及工艺技术的发展,微波半导体有源器件的工作频率、噪声、功率等性能不断提高,为的发展提供了条件【俊D壳埃兄坪鲜实目砥荡⒏咝阅堋⑿√寤⒏驮近年来,在继第一代半导体、和第二代半导体、’从表母飨畈问锌芍狦材料参数具有明显的优势,其禁带宽度最宽,饱和电子速度也优于其他半导体材料,且具有很大的击穿场强和较高的热导率。载流子速度特性是器件工作的基础,高饱和速度导致大电流和高频率,高的击穿场强对器件大功率应用至关重要,所以侵圃煳⒉ù蠊β势骷挠叛〔牧稀第~章引噪声放大器至关重要。凭借其小型紧声的放大芯片,已经成为微波系统设计中的重点之一。性能参数比较。表半导体材料物理参数材料禁带宽度击穿电场热导率介电常数电子迁移率/..疺.
§姆⒄辜跋肿随着对疓器件的大功率性能研究的深入,对于其低噪声应用也有了越来越多的关注。疓具有潜在的高功率、宽带及高效率特性而成为微波、毫米波应用的热点,而良好的功率处理能力也有利于低噪声放大器。一方面,对于高线性低噪声放大器,驮肷糯笃鞯娜捉坏魇涑隹纱亢涣硪环矫鍳低噪声放大器可以承受较长时间的过载输入功率。低噪声放大器的射频输入功率的典型值不超过鳪低噪声放大器却可以承受牧üβ食寤骱的脉冲功率【俊因此,驮肷糯笃骺梢蕴岣呓邮栈男阅懿⒓蚧浣峁埂@纾篏低噪声放大器受击穿电压的限制,无法承受较大的输入功率,因而在接收系统中通常需要二极管来组成输入保护电路,保护电路通常会使得信号衰减,并增加系统的复杂度,使得系统噪声性能恶化,而低噪声放大器则无需输入保护电路。另外,脉冲雷达挠τ茫唤鲆G蟮驮肷糯笃骶哂械驮肷和高耐力,而且需要一个短的恢复时间。这意味着在脉冲传输结束后,低噪声放大器能够立即恢复工作。而研究表明,驮肷糯笃饕簿哂谢指词奔涠陶庖特性【俊芄怀惺艽蟮氖淙牍β剩哂懈呦咝院透叨匦裕且噪声性能良好,从而可以提高接收机的性能并简化其结构。因此,对于难芯烤哂兄卮笠庖濉是把有源和无源元器件制作在同一块半导体基片上的微波电路,工作频率