應用於第五代行動通訊毫米波頻段之 CMOS 單刀雙擲開關與中功率放大器;CMOS SPDT Switches and Medium Power Ampli er for 5G Millimeter-Wave Bands

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題名:	應用於第五代行動通訊毫米波頻段之 CMOS 單刀雙擲開關與中功率放大器;CMOS SPDT Switches and Medium Power Ampli er for 5G Millimeter-Wave Bands
作者:	蔡祈安;Tsai, Chi-An
貢獻者:	電機工程學系
關鍵詞:	功率放大器;毫米波;收發開關;行進波開關;Power Amplifier;Millimeter Wave;T/R Switch;Traveling Wave Switch
日期:	2023-08-14
上傳時間:	2023-10-04 16:12:25 (UTC+8)
出版者:	國立中央大學
摘要:	在本論文中，我們使用 90-nm CMOS 製程設計之非對稱式收發開關以及中功率放大器，以及使用 0.18-µm CMOS 製程來實現 Ka 頻段之行進波開關。在第二章，我們設計一個應用於 Ka 頻段之行進波開關，操作頻率設計在 26.5 GHz 至 40 GHz。本電路利用行進波的概念實現寬頻開關，藉由電感性的傳輸線與 o -state 的電晶體來形成一仿真（arti cal）傳輸線。量測結果在 26.5 至 40 GHz 的操作頻率範圍，植入損耗小於 3.17 dB，返回損耗大於 9.1 dB，隔離度大於 28.4 dB。在 35 GHz 下的大訊號量測結果 IP1dB 為 17.5 dBm。在第三章，我們設計一個應用於 Q 頻段的非對稱式收發開關，操作頻率範圍為 37 GHz 至 44 GHz。架構主要是由 Π-network 的濾波器架構來實現。在操作頻率範圍 37 44 GHz 內的量測結果，TX mode 的植入損耗小於 1.56 dB，而 RX mode 植入損耗小於 1.5 dB，返回損耗在 TX mode 皆有大於 11.1 dB，RX mode 皆大於 11.9 dB。隔離度在 TX mode 跟 RX mode 皆分別大於 24.6 dB 與 16.3 dB。在 40 GHz 下模擬大訊號得到的 IP1dB 為 40.4 dBm。在第四章提出一個應用於 5G 毫米波之使用中和電容技術之中功率放大器，操作頻率設計在 37 GHz 至 43.5 GHz。本電路輸入輸出由變壓器來作單端與差動的轉換，利用挑選中和電容與電路 CG 級的閘級電容來達到最佳的穩定效果與最大可用增益。量測結果增益大於 10.6 dB、輸入返回損耗大於 8.7 dB、輸出返回損耗大於 2.8 dB，輸出返回損耗有比較明顯往低頻偏移的趨勢。在 40 GHz 時， OP1dB 及在 OP1dB 下的 PAE 分別為 12.4 dBm 及 7.9%。 ;In this paper, we use the 90-nm CMOS process to design an asym metric T/R switch and a medium power ampli er, we also use the 0.18-m CMOS process to implement a traveling wave switch for the Ka band. In the second chapter of this paper, we design a traveling wave switch for the Ka band with an operating frequency range of 26.5 GHz to 40 GHz.This circuit utilizes the concept of a traveling wave to achieve wideband switch.By combining inductive transmission lines and o -state transistor, an arti cial transmission line is formed.The measurement results show that within the operating frequency range of 26.5 to 40 GHz, the insertion loss is less than 3.17 dB, the return loss is greater than 9.1 dB, and the isolation is greater than 28.4 dB. In Chapter 3, we design a asymmetric T/R switch operation in the 37 GHz to 44 GHz frequency range. The architecture is primarily based on a Π-network- lter structure.In the operating frequency range of 37- 44 GHz, the insertion loss of the TX mode is less than 1.56 dB, The return loss is greater than 11.1 dB in TX mode and greater than 11.9 dB in RX mode.The isolation is greater than 24.6 dB and 16.3 dB in TX and RX modes, respectively.At 40 GHz, the simulated large-signal IP1dB is measured to be 40.4 dBm. In Chapter 4, we propose a medium power ampli er using capac itance neutralization technique for the 5G millimeter-wave. The op erating frequency range is designed from 37 GHz to 43.5 GHz. The circuit utilizes transformers to achieve single-ended to di erential con II version.By selecting neutralization capacitors and circuit CG-stage gate capacitor, the circuit achieves optimal stable stability and maximum available gain.The measurement results show a gain greater than 10.6 dB, input return loss greater than 8.7 dB, output return loss greater than 2.8 dB. The output return loss exhibits a noticeable trend towards lower frequencies. At 40 GHz, the PAE of OP1dB and OP1dB are 12.4 dBm and 7.9%.
顯示於類別:	[電機工程研究所] 博碩士論文

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