毫米波頻段共平面波導微波電路與積體電路之設計

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王胤晴(Yin-Ching Wang) 查詢紙本館藏

畢業系所

通訊工程學系

論文名稱

毫米波頻段共平面波導微波電路與積體電路之設計
(Millimeter wave CPW passive circuits and MMICs)

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摘要(中)

摘要
本論文目的主要是在利用共平面波導易於接地，串接電路比一般微帶線容易設計，且與主動元件共平面，易於製作的特性，配合low-k介電材料苯並環丁烯(benzocyclobutene) 低介電常數(k~2.65)、低正切損耗(loss tangent~0.0008)、與金屬及基板附著度良好，易於貫孔及多層金屬製程的特性，設計並製作毫米波頻段不連續電路t-junction、低通與帯通濾波器、Lange coupler與MIC增益放大器等電路於陶瓷基板(Al2O3)上。
在濾波器設計方面，我們是利用開路端並聯傳輸線配合巴特渥斯濾波器原型設計低通濾波器；至於帯通濾波器則是利用四分之一波長短路端並聯傳輸線配合導納反轉器進行設計，並針對製程難易度改良原有架構。在Lange coupler設計方面，除了設計了一個常見的共平面波導的架構外，也針對面積縮小化設計一個新的架構。而MIC增益放大器則是採用穩懋公司所製造的主動元件PHEMT，利用打線的方式將主動元件與自行設計製作的匹配網路連在一起。以上電路佈局都是利用電磁模擬軟體進行模擬，並將量測與模擬結果進行比較分析。
在第五章的部分則是配合穩懋公司所提供的PHEMT MMIC製程，設計一壓控震盪器與一平衡式功率放大器。壓控振盪器是利用並聯回授的方式設計，而可變電容的部分則是利用閘極與汲極接面電容Cgd，經由調整閘極偏壓的方式調整其電容值，進而改變振盪器的操作頻率。而平衡式功率放大器則是由Lange coupler與兩級功率放大器所構成。Lange coupler的加入，可使得功率放大器穩定性與線性度提高，且輸出功率為單一功率放大器的兩倍。以上兩個電路的設計都是利用模擬軟體進行模擬，並將量測與模擬結果進行比較分析。
從以上電路之設計模擬與特性量測結果的吻合度觀察，我們可以驗證陶瓷基板上在毫米波頻段薄膜製程技術之可行性，並藉由PHEMT MMIC製程的提供，使得我們更了解射頻電路的設計，並期望朝著整合包括接收端與發射端之射頻前端電路來努力。

關鍵字(中)

★ 共平面波導
★ 微波電路
★ 積體電路
★ 毫米波頻段

關鍵字(英)

★ MMICs
★ passive circuits
★ CPW
★ Millimeter wave

論文目次

目錄
第一章序論………………………………….…………………….…1
§1.1 研究動機…………………………………………………………1
§1.2 論文綱要………………………………………..………………..3
第二章共平面波導基本特性之探討……..…………………………4
§2.1 簡介………………………………………………………………4
§2.2 共平面波導特性之研究…………………………………………6
§2.3 共平面波導不連續性之研究………………………………....…11
§2.3.1 開路端與短路端傳輸線特性之研究……………………11
§2.3.2 直角轉彎電路之設計與研製……………………………14
§2.3.3 T型接面電路之設計與研製…………………………….16
§2.4 結語……………………………………….……………..……….20
第三章低通、帶通濾波器及藍基耦合器設計與製作…….…….....21
§3.1 簡介……………………………………………….…..………….21
§3.2 集總式濾波器設計原理……………………………..……….….22
§3.2.1 濾波器介紹……………………….…………..………….22
§3.2.2 低通與帯通濾波器設計方式…………….…………….. 23
§3.3 分散式帶通濾波器設計原理…………………..….…………….28
§3.3.1 傳輸線共振器…………………………...……………….28
§3.3.2 阻抗與導納反轉器………………………...…………….31
§ 3.4 共平面波導低通濾波器設計與製作………...…………...……41
§3.4.1 K頻段低通濾波器模擬與量測……………..………......41
§3.4.2 Ka頻段低通濾波器模擬與量測……………….……….44
§3.5 共平面波導帶通濾波器設計與製作…………………...……….47
§3.5.1 K頻段帶通濾波器(BCB Bridge)模擬與量測…………..47
§3.5.2 K頻段帶通濾波器(Under Bridge)模擬與量測………..52
§3.6 共平面波導藍基耦合器設計與製作………..……….………….57
§3.6.1 藍基耦合器原理………………………...………..……...57
§3.6.2 藍基耦合器模擬與量測……………...…………….61
§3.6.2.1 傳統式共平面波導藍基耦合器……...………….61
§3.6.2.2 改良式共平面波導藍基耦合器……...…...……..65
§3.7 結語………………..………………………………….………….70
第四章 K頻段共平面波導單級放大器之設計與製作……………..71
§4.1 簡介………………………………...……………………….71
§4.2 放大器的基本原理………………….…..……………….…72
§4.2.1 偏壓點選擇……………………………….…....…….72
§4.2.2 穩定性的考量…………………………….…..…..….73
§4.2.2 功率增益………………………………….….………76
§4.3 放大器之設計………………………………………………80
§4.4 放大器之製作…………..…………………………………..88
§4.5 放大器之量測………………………………………………91
§4.6 結語…………………………………………………………93
第五章 Ka頻段壓控振盪器與平衡式功率放大器之設計…………..94
§5.1 簡介…………...……………………………..…………….94
§5.2 28GHz壓控振盪器之設計……………………………….96
§5.2.1 振盪器之基本原理………………...………………..96
§5.2.2 相位雜訊……………………...…………………….100
§5.2.3 壓控振盪器電路設計與模擬…………………...….102
§5.2.4 壓控振盪器電路量測……………………...……….107
§5.3 28GHz平衡式功率放大器之設計………………………110
§5.3.1 平衡式功率放大器之設計原理及規格…...…….…110
§5.3.2 功率級的設計……………………...………….……112
§5.3.3 增益級的設計………………………...……….……115
§5.3.4 級間匹配……………………………...…...………..117
§5.3.5 平衡式功率放大器模擬結果…………………..…..118
§5.4 結語…………...……………………………………….…122
第六章結論…………………………………………………….…….124
參考文獻………………………………………………………………125

參考文獻

參考文獻
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指導教授

詹益仁(Yi-Jen Chan)

審核日期

2003-6-25

推文