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互联网用户和物联网终端的不断增加,推动了射频技术朝更快的数据速率和更低的成本发展,而数据流量的增长对无线和光纤通信具有极大地挑战性。用于无线多Gb/s点对点通信的微波毫米波频段是一种极具吸引力的解决方案,可以适应更高的数据速率和未来的通信发展。高集成度的微波相控阵,具有扫描精度高、全天候通信、探测距离适中等优点,已成为5G通信系统中一个活跃的研究领域。可变增益放大器(Variable Gain Amplifier,VGA)作为相控阵系统的重要单元,其性能对扫描精度、波束指向及接收信号信噪比的影响不容忽视。随着半导体制造工艺的发展,锗硅工艺具有与Ⅲ-Ⅴ族化合物工艺相当的高频性能且成本低,成品率高,因而具有非常广阔的应用前景。本论文对低附加相移可变增益放大器的研究均基于Tower Jazz 0.18μm BiCMOS工艺实现。本文介绍了可变增益放大器的基本性能参数,包括dB线性控制特性、带宽、线性度及附加相移等,并对各项指标的性能优化从电路层次进行了详细分析。超宽带系统对射频电路的性能有着很高的要求,作为应用于相控阵系统的可变增益放大器,其附加相移特性对波束的扫描精度尤为重要。因此,本文通过查阅大量文献,对附加相移的优化设计方法进行分析总结,并结合自身电路提出一种新的补偿电路对附加相移进行优化。为实现dB线性控制,所设计的两款可变增益放大器均以电流舵结构为核心,并引入预失真电路和峰值电感技术分别拓展增益动态范围和带宽。为了满足测试需求,应用于UWB系统和Ku~K波段的两款可变增益放大器分别采用并联-并联反馈及源极简并电感技术和LC-ladder四阶带通滤波器来实现输入匹配,输出端则采用射随器实现50Ω的阻抗匹配。对于附加相移的优化,两款电路分别基于不同的预失真电路产生相应的零极点补偿电流,并且考虑了其对电路增益控制特性及动态范围的影响。设计时作者不仅从理论上综合考虑整体电路的增益、附加相移、匹配和线性度等特性,并进行了电路仿真验证。在对版图设计要点深刻理解的基础上,完成版图绘制。最后,在原理图和版图的不断优化中,完成了电路的设计工作,并对后仿真结果加以分析讨论。本文所设计的两款低附加相移的VGA,其后仿真结果分别为:超宽带VGA增益动态范围为32dB,且在3~10GHz带宽内最差的附加相移为1.2°。此外,在整个工作频带和增益范围内,输入输出回波损耗均小于-10dB,且最大增益时的输入1dB压缩点为-15dBm@7GHz,输入三阶交调点为-8.2dBm@7GHz;Ku~K波段的可变增益放大器在全频带内的各增益状态下输入输出匹配均小于-10dB,且dB线性控制特性良好,增益动态范围为-25dB~5dB。最大增益时的输入1dB压缩点为-12dBm@19GHz,输入三阶交调点为-3dBm@19GHz,且在整个频带内(31dB增益范围)的附加相移低于4°。