Details

The subject of the graduate qualification work is «Phase shifter cell for beamformer». Object of the study is the design of a phase shifter for use in beamforming in wireless transceivers or phase array antennas for electronically steering the beam of an antenna. The aim is to study the current architectures and design two passive phase shifters: switch-type and reflection-type. The following tasks were solved: 1. Review of contemporary phase shifter topologies; 2. Comprehensive tabular comparison of topologies with various implementation technologies;  3. Implementation of two passive topologies; 4. Circuit and layout design, simulation, and result analysis. As a result of the study, passive switch-type phase shifter and reflection type phase shifter topologies were designed because their power consumption is zero and can easily be integrated into larger designs such as phase array transceivers. As a result of the study, a tunable switch-type phase shifter at frequency range of 4.5-5 GHz is designed, and the insertion loss is around 8 dB with an RMS phase error of 3.06 degrees covering entire 360° phase range. Reflection type phase shifter is designed at the same frequency range achieving < 2 dB amplitude error and < 3° phase error. The insertion loss is < 5 dB achieving full 360° phase range and occupying and area of 0.4 mm2. Cadence Virtuoso as software, and as technology UMC 180 nm CMOS are used for industrial design and simulation.

Объект исследования – фазовращатель для электронного управления лучом в трансиверах и ФАР. Цель работы – изучение существующих архитектур и проектирование двух типов пассивных фазовращателей: коммутационного-типа и рефлективного-типа. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: 1. Обзор современных топологий фазовращателей; 2. Сравнительный анализ топологий с использованием различных технологий реализации (в табличной форме); 3. Реализация двух пассивных топологий; 4. Проектирование схемы и топологии, моделирование и анализ результатов. В результате исследования были разработаны пассивные фазовращатели коммутационного и рефлективного типов с нулевым энергопотреблением, пригодные для интеграции в приемопередатчики ФАР. В результате исследования разработаны перестраиваемый фазовращатель коммутационного типа (4.5-5 ГГц) с потерями ~8 дБ и фазовой ошибкой 3.06° на полном 360° диапазоне, а также рефлективный фазовращатель с амплитудной ошибкой <2 дБ, фазовой ошибкой <3°, потерями <5 дБ при полном фазовом покрытии 360° и площади 0.4 мм². Для промышленного проектирования и моделирования использовались CadenceVirtuosoи технология UMC180 нм КМОП.