[发明专利]一种应用于毫米波无源成像的高增益接收机

说明书

本发明属于集成电路技术领域，具体为一种应用于毫米波无源成像的高增益接收机。本发明采用一种超可再生的接收机电路，该电路结构包括：输入匹配网络，变压器匹配网络，一个包络检波器，变压器匹配网络中包括差分晶体管对。本发明可用于无源成像系统。相比于传统的无源毫米波成像系统，本发明提出的高增益接收机可以实现超宽带的电磁波能量采集和100dB的增益，通过动态的调节包络检波器的偏置电压，可以实现动态的调节其接收机的接收范围。本发明采用砷化镓0.15um的工艺，实现了从80GHz到100GHz的无源成像。接收机的噪声系数仅为1.5dB，接收机的增益为100dB，动态范围为60dB，本发明彻底克服了工艺误差、温度漂移带来的带宽变化的问题。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及用于无源成像电路中的高增益接收机。

背景技术

微波频率在30-300GHz范围内即波长在1-10mm范围内的电磁波被定义为毫米波，其波长范围处于微波及红外光波中间，因此不仅与微波及红外波存在一定共性特点，自身还具备许多独有特性。同微波对比，在天线直径相同的情况下，毫米波优势体现在波束窄、方向性比较好、极好的抗干扰性、分辨率高，在等离子体内具有良好的穿透特性；同红外波相比，毫米波具有更加良好的穿透能力且衍射性能极强，在大气窗口下所受到气、烟、雾等物质的衰减程度极小，所以在严峻气象条件或者军事应用等浓重烟尘情况下，毫米波无源成像技术比传统的光电成像技术有更大优势。无源毫米波成像系统拥有全天不间断工作模式，且分辨率极高，可以对周围环境内的目标物体进行有效的识别。因此，毫米波无源成像技术在遥感、导航、安检等领域具有重要的实用价值。

接收机前端系统是整个毫米波无源成像系统的关键组成部分之一。良好的射频前端性能对于接收信号的后续处理非常重要。接收机的技术指标能够代表毫米波成像系统的最主要技术水平，接收机具有放大信号、线性转换、定标等功能。接收机的灵敏度、线性度、稳定性能够表征成像系统相应的指标。接收机的灵敏度表征该接收机能正常工作的最低输入信号强度。灵敏度与系统噪声系数、带宽和信号调制方式有关。不同的带宽会影响进入系统的噪声功率进而影响接收机的灵敏度；而不同的调制方式对于保证误码率满足要求的前提下最低可检测信噪比的要求不同会影响接收机的灵敏度。接收机的动态范围的下限是由接收机系统的噪底决定的，而其上限由无杂散动态范围、三阶截断点等非线性指标决定。对于接收机系统来说，必须将整个频段的有用信号都接收下来以保证信号不失真，即接收机系统的通频带。通频带太窄会导致有用的宽带信号不能全部通过，造成信号失真；由于噪声功率与带宽成正比，故通频带太宽会导致进入到系统的噪声功率过大，同样会导致信噪比的降低。因此，超宽带高增益接收机的研制对于毫米波成像的技术发展有着重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种应用于毫米波无源成像的高增益接收机。

本发明提供的应用于毫米波无源成像的高增益接收机，其电路结构参见图1所示，包括如下模块：输入匹配网络101，超宽带变压器匹配网络102，包络检测器104；超宽带变压器匹配网络102中有差分NMOS晶体管对103，其中：

所述输入匹配网络101，包括四个片上无源电感，右端输出电感的中间抽头与偏置电压V_B相连接，并且上下两端分别与超宽带变压器匹配网络102的两个差分NMOS晶体管对的栅极连接；

所述超宽带变压器匹配网络102中，设有四级变压器；每一级变压器由差分NMOS晶体管对和四个片上无源电感组成；两个差分NMOS晶体管对的输出端即漏极连接两个输出电感的上下两端，差分NMOS晶体管对的源极均接地，差分NMOS晶体管对的栅极分别连接两个输入电感的上下两端；两个输出电感的中间抽头与电源电压VDD相连接；这两个输出电感又通过偏置电压V_B的电感耦合到下一级差分NMOS晶体管对的输入；信号经过四级变压器耦合到包络检测器104的输入端；