论文总字数：22118字

摘 要

随着通信技术的发展，有越来越多的研究人员投入到了毫米波领域的研究当中。毫米波系统与毫米波信号源的性能息息相关，作为获取毫米波信号源的重要手段，对于毫米波倍频器的研究是十分有必要的。

本文采用台积电0.18μm CMOS工艺设计毫米波倍频器电路，实现15GHz到30GHz的二倍频器电路。首先研究了倍频原理并对毫米波二倍频器电路的设计方法进行了理论分析。介绍了采用理想巴伦实现从单端信号到差分信号的转化，再经由推推伪差分对产生二次谐波的二倍频器电路设计原理。最后利用Cadence spectre RF和Virtuso软件，优化电路结构，进行输入输出匹配，完成电路原理图仿真以及版图设计。本文设计的毫米波二倍频器指标为：输入信号频率为15GHz，输出信号频率为30GHz，输入功率为12.73dBm，倍频损耗17.467dB，输入回波损耗为-56.46dB。

关键词：毫米波，推推结构，二倍频器，

Abstract

With the development of communication technology, more and more researchers have devoted themselves to the research of millimeter-wave field. The millimeter-wave system is closely related to the performance of the millimeter-wave signal source. As an important means to obtain the millimeter wave signal source, it is very necessary to study the millimeter-wave frequency doubler.

In this paper, the millimeter-wave doubler circuit is designed using TSMC 0.18μm CMOS process to achieve a frequency doubler circuit from 15GHz to 30GHz. Firstly, the frequency multiplication principle is studied and the design method of the millimeter-wave doubler circuit is theoretically analyzed. In this paper, the ideal balun is used to realize the conversion from a single-ended signal to a differential signal, and then the second harmonic generation circuit design principle is generated by deriving a push-push pseudo-differential pair. Finally, Cadence spectre RF and Virtuso software are used to optimize the circuit structure, input match network and output match network, and complete circuit schematic simulation and layout design. The simulation results of the millimeter-wave doubler are: the input signal frequency is 15GHz, the output signal frequency is 30GHz, the input power is 12.73dBm, the frequency multiplication loss is 17.467dB, and the input return loss is -56.46dB.

KEY WORDS: Millimeter wave, push-push,frequency doubler,

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文研究工作 3

第二章 倍频器的基本原理 5

2.1 倍频原理 5

2.2 倍频器相关知识 5

2.2.1 倍频器的分类 5

2.2.2 倍频器的指标 6

2.2.3 倍频器的用途 6

2.3 倍频器电路 7

2.4 推推二倍频结构的基本原理 8

2.5 非线性电路的分析方法 10

第三章 毫米波二倍频器设计 13

3.1 毫米波二倍频器的设计方法概述 13

3.2 关键技术及难点 14

3.2.1 基波信号的抑制 14

3.2.2 输入输出匹配 14

3.2.3 版图设计 14

3.3 MOS管的选择与参数介绍 15

3.4 毫米波二倍频器的原理图仿真设计 16

3.4.1 巴伦的选取 16

3.4.2 偏置电路的设计 16

3.4.3 输入输出匹配电路 21

3.4.4 毫米波二倍频器电路的整体仿真分析 26

3.5 毫米波二倍频器的版图设计 29

第四章 总结与展望 31

致谢 32

参考文献 33

绪论

研究背景

随着通信技术的飞速发展，对于以往微波波段（300MHz~30GHz）的频谱开发已趋近极限，研究人员不得不将眼光投向更高频段的毫米波频段，以获取更为丰富的频谱资源。

毫米波，顾名思义，它一般是指波长大于1毫米同时小于10毫米的电磁波。根据毫米波的定义，可以知道它对应的频率范围在30GHz到300GHz这个区间内。在这个区间范围内的频谱，工程上为了更好更方便地表述记录，将其中各个频率范围的频段与特定英文代码对应起来，但是具体的对应方法国际上并不统一，如表1-1所示：

表1-1 各国毫米波频段代码及对应频率范围