0.2~2.0GHz100W超宽带GaN功率放大器

设计并实现了一款基于0.25μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺的100 W超宽带功率放大器。基于SiC无源工艺设计了集成无源器件(IPD)输入预匹配电路芯片;设计了基于陶瓷基片的T型集成输出预匹配电路;基于建立的传输线变压器(TLT)的精确模型,设计了宽带阻抗变换器,在超宽频带内将50Ω的端口阻抗变换至约12.5Ω,再通过多节微带电路与预匹配后的GaN HEMT芯片实现阻抗匹配。最终,以较小的电路尺寸实现了功率放大器的超宽带性能指标。测试结果表明,功率放大器在0.2~2.0 GHz频带内,在漏极电压36 V、输入功率9 W、连续波的工作条件下,输出功率大于103 W,漏极效率大于50%,输入电压驻波比(VSWR)≤2.5。

类星型手性超材料超宽带隙特性研究

振动和噪声的抑制一直是工程中的重要问题,而超材料在实现减振降噪方面具有良好的应用价值。基于传统空心星型超材料,添加手性结构特性,设计一种新型的空心类星型手性超材料,并在其基础上进一步演化出实心类星型手性超材料。通过振动模态分析带隙产生机理和不同结构参数对带隙的影响,通过频散曲面、波传播方向、群速度和相速度等研究弹性波在结构中的传播特性,并研究有限周期结构的传输特性。结果表明:实心类星型手性超材料可以产生宽度为5116 Hz的超宽带隙,带隙形成主要是由于凹角星和韧带的旋转振动耗散了弹性波能量,内凹角α的减小以及韧带与水平方向的夹角θ的增大使得最宽带隙的宽度增大;有限周期结构在其带隙范围内可以产生明显的位移幅值衰减,该新型超材料具有良好的隔振性能。

基于电流模结构的超宽带无源混频器设计

采用SMIC 55 nm CMOS工艺,提出基于电流模结构的2~8 GHz超宽带高线性度直接下变频无源混频器结构.本设计主要结构为低噪声跨导放大器(low noise transconductance amplifier,LNTA)驱动I/Q两路电流模无源混频器,负载为低输入阻抗的跨阻放大器(trans-impedance amplifier,TIA),即LNTA-Passive Mixer-TIA结构.LNTA采用电容交叉耦合以及双端正反馈结构,解决阻抗匹配以及噪声等关键参数的折中问题.整个接收机链路获得较好的线性度及噪声性能,对于电源电压以及衬底噪声的鲁棒性也有所提升.后仿结果表明,在电源电压1.2 V情况下,射频输入信号频率为2~8 GHz,1 dB压缩点为−5.5 dBm,带内输入三阶交调点为−1 dBm,整体噪声系数为4 dB,核心版图面积为0.12 mm^(2).

宽阻带多陷波超宽带滤波器

为抑制其他无线窄带通信系统对超宽带系统的干扰,并提高超宽带滤波器的阻带抑制特性,提出一种拥有宽阻带和三陷波的超宽带滤波器。该滤波器采用传统多模谐振器加载阶梯开路谐振器与扇形谐振器的结构实现超宽带特性,其阻带宽度达到24.3 GHz;为引入三陷波,该滤波器采用了加载开路谐振器、耦合L型短路短截线以及非对称耦合结构;通过并联开路谐振器加载扇形谐振器的结构,优化了通带插入损耗。经过电磁仿真,该滤波器通带范围为4.1~10.6 GHz,相对带宽为93.4%,插入损耗小于1.3 dB,三处陷波分别位于5.1、6.28、8.1 GHz处,且陷波深度均大于25 dB,保证了超宽带系统的通信质量。

一种4 GHz瞬时带宽的6~18 GHz超宽带T/R组件设计

针对现代电子对抗设备的大瞬时带宽要求,文中设计了一种瞬时带宽4 GHz的6~18 GHz超宽带T/R组件。采用砖块式多芯片组件(Multi-Chip Module,MCM)和超宽带信号传输等技术实现了T/R组件高集成、小型化和模块化的要求。对T/R组件组成构架、收发通道指标预算、宽带信号传输特性仿真和电磁兼容性设计进行了详细描述。测试结果显示,T/R组件在12 GHz工作带宽内具有良好的性能,发射功率大于35 dBm,接收增益大于20 dB,噪声系数小于5 dB,延时总量达762 ps。

超宽带无线电信号研究

超宽带无线电技术是一种新兴的短距离无线通信技术,具有传输速率高、功耗低、安全性好、抗多径能力强以及成本低廉等许多优点。本文主要研究了超宽带无线电信号的产生及其仿真的相关内容。

超宽带毫米波MIMO-OFDM系统的非线性频偏自干扰与信道联合估计方法

系统同步产生的载波频偏会导致超宽带毫米波多输入输出(MIMO)正交频分复用(OFDM)系统产生非线性频偏自干扰,影响后续信道估计性能。为此,提出了一种非线性频偏自干扰与信道联合估计方法,通过挖掘数据超维隐藏空间的方式,将复杂的多目标优化问题降维分解成多个可并行求解的子优化问题,并利用超宽带毫米波信道的稀疏特性,采用压缩感知算法实现载波频偏与信道的迭代估计。与现有的联合估计方法相比,仿真结果表明所提方法能够有效降低计算复杂度,提升了系统信道估计准确度,并降低了系统误码率。

基于MOEA/D算法的三陷波超宽带天线设计

为实现超宽带通信中对WIMAX(3.3~3.7 GHz)、WLAN(5.150~5.825 GHz)和ITU(8.01~8.50 GHz)频段干扰的抑制,提出了一种基于MOEA/D算法优化设计的具有三陷波特性的超宽带天线。天线采用T形结构作为辐射贴片,通过改变贴片形状等方法实现在3~12 GHz的超宽带。在辐射贴片上刻蚀两个U形缝隙和在传输线两侧加载C形开口环,对天线进行陷波设计。利用MOEA/D算法对陷波结构的结构参数和加载位置进行优化,实现了在3.31~3.69 GHz、5.25~6.13 GHz和8.01~8.51 GHz频段的陷波效果,成功抑制了频段干扰。与传统扫频优化的设计方法相比,采用MOEA/D算法设计的天线在陷波频带内增益低至-19 dB,各陷波频带准确度误差均在3.6%以下,提高了天线的设计效率,具有一定的工程应用价值。

超宽带硅基射频微系统设计

针对超宽带硅基射频模块的微系统化问题,采用硅基板作为转接板设计了一款具备收发功能的超宽带系统级封装(System in Package,SiP)射频微系统。各层硅基转接板之间的射频信号传输、控制和供电等均采用低损耗的硅通孔(Through Silicon Via,TSV)结构来实现。为了减小封装对射频性能的影响,整个超宽带射频微系统采用5层硅基封装结构,与传统二维封装结构相比,其体积减少95%以上。射频微系统封装完成后,对其电气性能指标进行了测试。在整个超宽带频带内,其接收噪声系数小于2.6 dB,增益大于35 dB,发射功率大于等于34 dBm,端口驻波小于2。该封装结构实现了硅基超宽带射频模块的微系统化,可广泛适用于各类超宽带射频系统。

毫米波超宽带阵列天线设计

针对传统微带天线在5G毫米波频段的应用过程中无法做到对其频段进行全覆盖的问题,设计了一款应用于5G毫米波频段的超宽带矩形微带天线。该天线通过在传统辐射贴片上刻蚀非对称的矩形凹槽以增加贴片表面的电流流经路径从而拓展天线带宽。同时,为了提高天线增益也进行了1×2阵列天线设计,并在两天线单元之间的接地板上添加T型枝节以降低彼此之间的耦合。通过仿真软件得到设计的阵列天线低于-10 dB的阻抗带宽为19.95~42.45 GHz,相对带宽达到72.1%,在工作带宽内隔离度不大于-20 dB,最大增益为5.54 dBi。

基于超宽带定位的室外定位系统设计

随着体育竞技水平的不断提高,运动员对科学精准的训练分析方法的需求越来越高,对于人体的定位分析是其中一个基本且重要的维度。目前基于GPS的室外定位无法满足一般的小型体育场景的高精度定位,该文基于超宽带定位技术设计了一套应用于小型场景室外定位系统,该系统可以满足高精度、高刷新率要求的体育定位场景,可以应用于一般田径运动的训练分析。

基于误差因子的改进WLS超宽带定位算法

为提高非视距场景下超宽带(ultra‑wideband,UWB)定位精度,本文提出一种基于误差因子的改进加权最小二乘(weighted least square,WLS)算法.该算法利用测距值和实时信道冲激响应特征训练1维卷积神经网络,实现误差因子的准确预测;基于预测得到的误差因子设计改进WLS算法的加权矩阵,赋予不同基站合理的权重,以改善非视距场景下UWB定位性能.通过实测采集静态和动态定位数据对改进WLS算法进行性能验证.实验结果表明:视距场景下,改进WLS算法与最小二乘(least square,LS)算法、WLS算法定位性能相近;非视距场景下,改进WLS算法明显优于LS算法、WLS算法,能够有效抑制非视距误差.

基于超宽带反射超表面产生太赫兹轨道角动量

由于轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)有望成为新的通信复用自由度,在拓展信道容量、提高频谱资源利用率方面有巨大潜力而受到越来越多研究人员的关注。目前的太赫兹涡旋波产生器件存在只能工作在单频点、带宽窄、转换效率低等问题,如何在太赫兹频段高效产生OAM成为关键问题之一。该文设计了一种超宽带反射超表面单元,结合几何相位原理和相位叠加原理设计了单层反射超表面。仿真结果表明:设计的超表面实现了在0.82 THz~2.09 THz(相对带宽87.3%)的宽频范围内,将圆极化太赫兹波转换为携带轨道角动量的太赫兹涡旋波,同极化反射谱的幅度大于0.97,转换效率高于94.7%,反射相位覆盖0°~360°。利用傅里叶变换分解反射场中各个OAM模式,定量分析了OAM模式纯度,在不同频率下涡旋波中均为主模式l=-2能量占比最高,进一步对设计的超表面进行优化,主模式能量占比明显提升。该文设计的超表面具有转换效率高、工作带宽大、主模式强度高等优势,为宽带太赫兹涡旋波的高效产生提供了一种参考。

基于半圆分形的柔性超宽带天线

以柔性材料聚酰亚胺(PI)作为介质基板材料,设计了一种柔性超宽带(UWB)半圆分形天线。天线辐射单元采用四阶半圆迭代嵌套分形结构,通过不同分形半圆调节电长度,增加天线的工作谐振点。通过在接地板开槽提高天线的阻抗匹配特性,实现UWB辐射。利用共面波导馈电方式提高天线的集成性。仿真与测试结果表明:所设计天线的阻抗带宽为2.98-10.61 GHz,带内全向增益达到5.58 dBi,天线最终尺寸为30 mm×24 mm,实现了小型化和可弯曲的特性,在共形于13 mm半径的圆柱后,天线仍能保持UWB辐射性能。

具有四陷波特性的小型化超宽带天线设计

为避免通信过程中所存在的窄带通信频段的干扰,提出一款具有小型化四陷波特性的超宽带(ultrawideband,UWB)天线。该天线的辐射贴片采用半圆与矩形构成的特殊图形,并进行切角,在接地板的改进中采用可以有效扩展该天线在高频带宽的阶梯型结构。为了达到小型化以及四陷波特性,在尺寸仅为19.5 mm×18 mm×1.6mm的天线的辐射贴片上进行陷波处理。仿真表明:此天线在4.1~4.5 GHz、4.9~5.85 GHz、7.15~7.75 GHz、以及7.96~8.55 GHz的频段回波损耗大于-10 dB,能够有效抑制数字微波通信频段波段、WLAN波段、X波段以及国际电信联盟波段对于信号传输的干扰,陷波后天线工作带宽达到3.5~10.6 GHz,可以广泛投入到UWB通信的应用,且陷波特性良好,四陷波特性也扩大了通信应用的领域,可以满足多种超宽带通信系统的应用。

无线超宽带通信技术星载应用研究

采用无线通信实现电气互连可以有效缓解星上电缆布局难、维护难、更改难等问题。相比窄带连续波无线通信,超宽带通信技术具有功率谱密度低、信号分辨率高、频谱共存能力强、信道容量大、复杂度低等特点,具有较好的应用前景。欧洲Eu:CROPIS卫星、日本ETS-9卫星、国际空间站哥伦布实验舱等已经开展了无线超宽带通信的应用研究和演示验证。针对星上高可靠、低时延、可扩展无线组网需求,分析了多跳分簇网络拓扑、无线信号传输模型、无线传输电磁干扰模型、高精度时间同步、灵活组网与可靠传输等关键技术和解决途径,形成适用于星上无线传输的通信技术体制和解决方案,为卫星少缆化、无缆化通信奠定技术基础。

4GHz~8GHz 200W GaN超宽带内匹配功率放大器的研制

基于中国电子科技集团公司第十三研究所0.25μm GaN高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,HEMT)工艺平台研制的高压大栅宽芯片,设计了一款4GHz~8GHz 200W GaN超宽带内匹配功率放大器,分别进行了管芯设计、大信号模型设计、栅匹配电路设计以及输出匹配电路设计,并对设计出的功率放大器进行制作与测试,测试表明设计出的功率放大器具有优异的性能。

基于CNN-LSTM的超宽带NLOS/LOS分类算法研究

超宽带(ultra-wideband,UWB)室内定位系统中,非视距(non-line-of-sight,NLOS)信号的识别与分类是影响定位精度的关键技术。为解决用于NLOS识别的信道冲激响应(Channel Impulse Response,CIR)中存在的噪声干扰问题以及传统NLOS识别方法多场景下阈值选取困难等问题,论文采用一种用于CIR数据去噪的可逆变换方法,并使用卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)结合长短期记忆网络(long short-term memory network,LSTM)的结构识别NLOS信号。采用开源数据集进行训练与验证,结果显示,CIR去噪后的CNN-LSTM分类精度最高可达90.62%。表明该方法可以有效提高NLOS信号分类精度。

一种基于超宽带基站设置虚拟围栏的手术室移动医疗设备定位方法

针对医院手术室各手术间存在大量移动医疗设备交叉使用难以实时定位管控的难题,该研究提出一种时效性高、易于部署且定位准确度相对较高的基于UWB技术的实时定位方法。该方法包括对超宽带(UWB)基站的拓扑布局,在手术室走廊、设备间内应用改进的飞行时间(TOF)双边双向测距定位法定位,在手术间入口设置虚拟围栏判断设备是否进入。经试验,该方法可大幅度降低UWB基站布置数量,具备厘米级定位精度和较高识别率,可替代传统的手术室移动医疗设备人工定位管控方式。

3D打印技术在机载超宽带共形天线中的应用研究

为提高共形相控阵天线的设计制造效率,在平面紧耦合天线的基础上,设计了与飞机襟翼曲面共形的紧耦合超宽带相控阵天线。按照共形天线的安装要求,提出了混合3D打印技术,即采用熔融堆积成型技术及微滴喷射成型技术实现襟翼流线型曲面模型的打印,并完成了紧耦合天线辐射层的打印,验证了3D打印技术在共形天线上的应用。加上馈电结构后对单元电压驻波比(voltage standing wave ratio, VSWR)和方向图进行了测试,结果表明所设计的天线在0.4~2.0 GHz范围内,VSWR、单元方向图和阵列方向图符合设计技术指标,为后续共形天线设计和加工提供了技术基础。