Ku波段双相压控衰减器设计：基于GaAs pHEMT工艺

"该文介绍了一款基于0.25μm GaAs 赝配高电子迁移率晶体管（pHEMT）工艺设计的双相压控衰减器（VCA），工作频率范围为13~16 GHz。电路采用平衡式结构，结合T型和π型衰减结构，以优化回波损耗和线性度。通过并联多栅开关管串联形式减少寄生效应，提升性能。仿真结果显示，VCA在工作频段内具有良好的回波损耗（小于-14 dB）、插入损耗（-12.5 dB）和大衰减范围（超过20 dB），同时具备较高的输入1 dB压缩点（大于30 dBm）。" 本文详细探讨了压控衰减器的基本原理与设计策略，特别是在高频应用中的挑战和解决方案。首先，压控衰减器作为一种关键的射频/微波组件，用于控制增益、幅度调制以及系统稳定性。随着工作频率增加，器件的寄生效应成为主要问题，影响性能。 设计中采用了0.25μm的砷化镓pHEMT工艺，这是因其在高频下的高电子迁移率和优良的开关性能。为降低输入和输出回波损耗，电路设计采用了平衡式结构，这种结构有助于抵消信号反射。衰减器部分采用T型和π型衰减结构级联，这种混合设计可以扩展衰减范围，提供更广泛的衰减控制。 并联支路中，多栅开关管串联的创新设计有助于减小寄生效应，提高线性度，确保信号在衰减过程中保持高质量。这种堆叠结构能够改善器件的非线性特性，对于处理高功率信号尤其重要。 仿真结果证明了设计的有效性。在13~16 GHz的工作频段内，压控衰减器的回波损耗低于-14 dB，这意味着信号反射得到有效抑制。插入损耗为-12.5 dB，意味着信号在通过衰减器后仍能保持相对高的强度。此外，衰减范围超过20 dB，使得系统可以根据需求精细调节信号幅度。输入1 dB压缩点大于30 dBm，显示了器件在处理高功率信号时的稳定性和抗饱和能力。整个芯片的尺寸仅为1.8 mm × 1.2 mm，体现了紧凑的设计理念。 这款基于GaAs的双相压控衰减器MMIC设计展示了在高频领域的卓越性能和小型化潜力，适用于各种射频和微波系统，包括低噪声放大器（LNA）、功率放大器（PA）后的增益控制、幅度调制和自动增益控制等应用。通过深入理解pHEMT管芯的等效模型和工作原理，以及采用创新的电路结构，该设计成功地克服了高频工作下的寄生效应，实现了高性能的压控衰减功能。