基于GaAs E/D PHEMT工艺的Ku波段双通道幅相控制多功能芯片

基于GaAs增强/耗尽型赝配高电子迁移率晶体管(E/D PHEMT)工艺设计了一款14~18 GHz的双通道多功能芯片。芯片集成了单刀双掷(SPDT)开关、6 bit数控移相器、4 bit数控衰减器和增益补偿放大器。采用正压控制开关以减小控制位数;优化移相、衰减和放大等电路拓扑结构,以获得良好的幅相特性;采用紧凑布局、双通道对称的版图设计,以实现小尺寸和高性能。测试结果表明,+5 V电压下,接收通道增益大于3 dB,1 dB压缩点输出功率大于8 dBm;发射通道增益大于1 dB,1 dB压缩点输出功率大于2 dBm;64态移相均方根误差小于2.5°,16态衰减均方根误差小于0.3 dB,芯片尺寸为3.90 mm×2.25 mm。该多功能芯片可实现对射频信号幅度和相位的高精度控制,可广泛应用于微波收发模块。

一种三维集成的Ku波段高功率T/R模块

基于硅基微电子机械系统(MEMS)三维(3D)异构集成工艺,设计并制作了用于相控阵天线系统的三维堆叠式Ku波段四通道高功率收发(T/R)模块。该模块由两层硅基封装堆叠而成,层间采用球栅阵列(BGA)植球堆叠,实现模块小型化;采用高低阻抗匹配建模,保证低损耗输出,采用导热垫加微流道散热板达到了良好的散热效果,实现模块高功率输出;对模块的微波垂直互连结构和散热进行建模和仿真。测试结果表明,在14~18 GHz内发射通道饱和输出功率大于40 dBm,接收通道增益大于21 dB,噪声系数小于3.5 dB,模块尺寸仅为14.0 mm×14.0 mm×3.3 mm。该模块在兼顾高集成度的同时性能指标得到了进一步提升。

低损耗太赫兹波导腔体传输结构与互联接口设计技术

文章介绍了降低太赫兹波导传输和互联损耗的方法及实验结果。当前,矩形波导多采用金属分块技术制作,且H面剖分波导损耗明显高于E面剖分波导损耗。为了抑制H面波导的电磁泄漏和辐射损耗,降低整体的传输损耗,在波导剖分表面添加了电磁带隙结构或扼流槽结构。采用传统的数控铣削和金属分块技术制备了一些波导样品,包括常规的矩形波导、带隙波导和扼流波导,并在170GHz~260GHz频段进行了测量和损耗对比。实验结果表明,在太赫兹频率下,波导分裂带来的不连续间隙使常规的H面波导损耗高达0.074dB/mm;带隙波导的损耗为0.017dB/mm,但加工耗时且价格昂贵;扼流波导的损耗为0.025dB/mm,成本和性能适中。此外,还设计制备了基于零形扼流槽的波导法兰,用于无接触低损耗太赫兹波导互联应用。相比常规波导法兰,基于文章设计的法兰互联性能稳定,改善效果显著。

宽带射频限幅器的设计

文中首先根据器件手册完善了所用PIN管的spice模型,保证仿真结果的准确性;接着,分析了宽带射频(RF)限幅器中PIN二极管在高于、低于渡越频率的频段时工作状态的不同,并给出了对应功耗的计算方法,以保证功耗的精确性;然后,根据滤波器原理用三对反向并联的PIN管设计了一款宽带RF限幅器;最后,根据高、低频段功耗的不同给出了该限幅器的输入功率上限。实测结果表明,在3 MHz~3 GHz的宽频带范围内,其回波损耗大于24 dB,插入损耗小于1.6 dB。该宽带RF限幅器可将30 dBm的连续波信号限制在15 dBm以内,结构简单,价格低廉,易于与其他电路集成,可用于通信设备和测量设备的输入保护。

基于0.1-μm GaAs pHEMT工艺的最小噪声系数3.9 dB的66~112.5 GHz低噪声放大器

本文基于0.1-μm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管(GaAs pHEMT)工艺,研制了一款覆盖整个W波段的宽带低噪声放大器。提出了一种由双并联电容组成的旁路电路,能够提供宽带射频接地,减小了级间串扰,利于实现宽带匹配。采用双谐振匹配网络实现了宽带的输入匹配和最佳噪声匹配。实测结果显示,最大增益在108 GHz处达到20.4 dB,在66~112.5 GHz范围内,小信号增益为16.9~20.4 dB。在90 GHz处,实测噪声系数为3.9 dB。实测的输入1-dB压缩点在整个W波段内约为-12 dBm。

射频集成微系统技术的发展与典型应用

摩尔定律已经逐渐放缓,并越来越逼近其物理极限,但未来的射频系统仍然朝着更高集成度、更高性能、更高工作频率等方向发展,射频集成微系统技术是实现射频系统微型化的核心技术之一。本文首先对射频微系统的发展和现状进行了介绍,重点分析了美国国防高级研究计划局(DARPA)的微系统发展历程和经典项目,接着对射频微系统的技术路线和解决方案进行了梳理和总结,随后通过一系列典型应用案例,展现了最新的射频集成微系统技术,最后提出了射频集成微系统技术的进一步发展思路。

应用于收发链路多模块级联的优化设计方法

为解决波束赋形芯片中子电路模块由于寄生效应而导致的级联失配问题提出了一种优化设计方法。该设计方法通过主动引入相邻器件阻抗牵引效应,并使其与级联阻抗失配相抵消从而实现阻抗“预失配”的设计方案。对“预失配”的技术原理以及设计流程进行了简要分析,并通过加工一款采用优化设计方案的4通道X/Ku波段的射频收发芯片,验证了该设计方案的可实现性与有效性。在8 GHz~18 GHz频带范围内,该芯片与基于端口驻波设计体系的原芯片相比,收发链路增益分别为6.5 dB和14 dB,提升了超过2 dB。发射链路输出功率21 dBm,发射效率为15.7%,分别提升了1 dB和9%。接收链路噪声系数为8.72 dB,降低了1.2 dB。收发链路最大移相均方根误差为5.12°和5.25°,分别下降了3.17°和1.75°。

面向功放-整流一体化设计的逆F类功率放大器

针对微波无线功率传输对于高功率处理能力的高效整流器需求,提出一种基于高效率功率放大器的功放-整流一体化设计思路。文章首先使用型号为CG2H40010F的氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT),通过谐波控制、负载牵引等方法,设计出一款工作在2.45GHz逆F类高效率功率放大器。在高效率功率放大器的基础上基于时间反转对偶理论,通过改变逆F类功率放大器电流方向,同时结合耦合器和移相器实现了高功率容量整流电路的设计。仿真结果表明,在2.45GHz工作频率下,功率放大器的输入功率为28dBm时,功率附加效率达到76%,输出功率40dBm;整流电路的输入功率为41dBm时,RF-DC转换效率可达到79%,整流最佳效率大于80%,显示了整流器的高功率处理能力。引入了两个单刀双掷开关实现功率放大器和整流器的功能切换,文章对核心电路功率放大器进行了实物测试,测试结果与仿真重合较好,验证了功放-整流一体化设计的可行性。

330 GHz集成化T/R组件的设计与实现

针对某机载雷达收发组件小型化的应用要求,基于混合微波集成电路技术设计了一种330 GHz集成化收发组件。收发组件主要由本振链路、发射链路以及接收链路三个模块构成。本振链路输入信号经倍频、滤波、放大、功分后发射,并完成回波信号的低噪声接收。该组件采用收发一体化、单级四次倍频的设计思想,通过简化电路拓扑结构实现高集成度、高输出功率的指标要求。所设计的收发组件整体尺寸为65 mm×38 mm×19 mm。实测后得出该收发组件在329 GHz~341 GHz频率范围内,倍频发射功率为2 mW~5 mW,接收机变频损耗为11 dB~13 dB,模块功耗为10.38 W。该组件具备良好的射频性能,并成功应用于某机载雷达系统中。

应用于WiFi6的新型高线性度功率放大器设计

针对WiFi 6的设备需求,设计了一款工作在5.15 GHz~5.85 GHz的高线性度砷化镓异质结双极型晶体管射频功率放大器。为了保证大信号和高温下功率管静态工作点的稳定性,采用了一种新型有源自适应偏置电路。对射频功率检测电路进行了设计和改进,有效降低了射频系统的功耗。针对各次谐波分量产生的影响,对输出匹配网络进行了优化。仿真结果表明:该射频功率放大器芯片小信号增益达到了32.6 dB;在中心频率5.5 GHz时1 dB压缩点功率为30.4 dBm,功率附加效率超过27.9%;输出功率为26 dBm时,三阶交调失真低于-40 dBc。实测数据表明:小信号增益大于31.4 dB;5.5 GHz时1 dB压缩点功率为29.06 dBm;输出功率为26 dBm时,三阶交调失真低于-30 dBc。当输出功率为20 dBm时,二次三次谐波抑制到-30 dBc和-45 dBc。

基于先进工艺技术的机电控制 SiP 电路的设计与测试

机电控制系统包含多款芯片,其小型化、轻量化的需求日益迫切,系统级封装(System in Package)技术作为一种先进封装手段能够将多款不同类型的芯片集成于更小的空间中。基于系统级封装技术,并结合TSV与FanOUT技术设计了一款机电控制SiP电路,该电路包括顶层DSP信号控制单元和底层FPGA信号处理单元,两者通过PoP(Package on Package)形式堆叠构成SiP电路,相比于常规分立器件所搭建的机电控制系统,该SiP体积缩小70%以上,重量减轻80%以上。针对该款SiP电路设计了相应的测试系统,且对内部的ADC及DAC等芯片提出了一种回环测试的方法,能够提高测试效率。测试结果表明,该电路满足设计要求,在机电控制领域具有一定的应用前景。

一款基于GaAs工艺的超宽带混频多功能芯片

针对无源混频器需要高本振功率驱动的问题,采用砷化镓(GaAs)0.25μm PHEMT工艺,设计了一款集成双平衡无源混频器和本振驱动放大器的超宽带混频多功能芯片。混频器由肖特基二极管堆和两个结构新颖的平面螺旋间隔互绕式补偿型marchand巴伦构成,本振驱动放大器采用单电源两级自偏式负反馈共源结构。多功能芯片射频(RF)带宽为8~20 GHz,本振(LO)带宽为8~20 GHz,中频(IF)带宽为0.01~5 GHz。在本振驱动功率为-3 dBm时,芯片变频损耗典型值为8.0 dB,本振/射频隔离度典型值为25 dB,本振/中频隔离度典型值为45 dB,射频/中频隔离度典型值为45 dB,输入为1 dB功率压缩点典型值为12 dBm,驱动放大器功耗为+5 V/50 mA,芯片尺寸仅为2.2 mm×1.15 mm×0.1 mm。该混频多功能芯片的实测结果与仿真结果对比吻合,电特性优良,具有良好的应用前景。

SiP模组自动点胶贴片技术

SiP模组的自动点胶贴片相比手动方式,存在胶量少、对位精度难以控制、芯片剪切强度低以及电性能指标下降等工艺难题。在进行大量的自动点胶贴片工艺试验分析基础上,通过正交试验方法实现工艺参数优化,归纳总结出一套有效的自动点胶贴片工艺方案,成功应用于各类型平台上的毫米波相控阵SiP模组生产中,显著提升了产品的芯片贴装质量。

基于测试性试验的电路焊接工艺参数优化

随着电子产品向高性能、微型化发展,电路焊接工艺的精度和稳定性成为电子产品制造的关键。针对焊接工艺优化问题,文章通过设计和实施测试性试验,探讨了电路焊接参数对焊接质量的影响。利用响应面方法和遗传算法,建立并优化了一个基于温度、时间和焊料量的焊接质量二次多项式模型。研究结果表明,在特定参数组合下,可显著提高焊接质量,为电子制造业的焊接工艺优化提供理论指导和实践参考,以提升产品质量并降低生产成本。

两级串并驱动有源相控阵T/R组件

从实际应用出发,介绍了一种有源相控阵发射/接收(T/R)组件的两级串并驱动设计方案。该设计方案中移相/衰减数据的控制包含两级串并驱动,第一级串并驱动将数据锁存后送给第二级串并驱动,第二级串并驱动再将数据锁存后用于控制组件通道收发待机和移相衰减。和传统的一级串并驱动控制方式相比,该控制方式可以有效降低T/R组件对串并驱动芯片的依赖程度,缩短T/R组件研制周期,降低研制成本。经测试验证,设计的两级串并驱动T/R组件具有较低的驻波系数、较高的移相精度,且各通道的增益平坦度及通道间的增益一致性均较好。

一款18~40GHzMMIC无源双平衡混频器

基于0.15μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(p HEMT)工艺,设计了一款18~40 GHz的无源双平衡混频器。该混频器采用肖特基二极管构成的混频环和3耦合线Marchand巴伦的结构,提高工作带宽的同时也减小了芯片尺寸。当本振(LO)功率为14 d Bm、中频(IF)频率为100 MHz时,常温下流片测试的各项参数典型值为上下变频模式下LO/射频(RF)频段覆盖18~40 GHz,带内变频损耗为-7 d B,1 d B压缩点功率值为10 d Bm,LO到RF端口的隔离度为-25 d B,同时其余各端口之间具有优良的隔离度。中频频率覆盖DC~20 GHz,芯片尺寸为1.63 mm×0.97 mm。

射频微系统关键技术进展及展望

文章简单介绍了微波集成电路的发展动态,综述了以美国DARPA为代表的国内外机构在射频微系统方面的重大研究计划及其水平,简述了射频微系统在通信、雷达、相控阵等领域的代表性应用,并总结了射频微系统互连、仿真与优化和集成架构设计等三个关键技术及其进展情况,最后对射频微系统今后的发展趋势做出了展望。

基于SiGe工艺多抽头电感结构的紧凑型Wilkinson功分器

为了解决传统Wilkinson功分器损耗高、尺寸大的问题,从功分器的理论分析出发,将传统的微带线结构和LC集总式结构进行改进,在隔离电阻处引入频率补偿电容,设计一种新型的多抽头电感结构的紧凑型宽带二等分功分器。所设计的功分器基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺。射频/微波电磁仿真显示,在8~16 GHz的频带范围内,功分器的分配损耗小于0.8 dB,隔离度大于20 dB,端口回波损耗大于15 dB,核心电路版图面积仅为0.30 mm×0.25 mm,可满足宽带功分器低损耗、小型化、高隔离度的设计要求。

一款基于GaAs工艺的改进型Wilkinson功率分配器芯片

对传统Wilkinson功率分配器的设计方式进行改进,使用蛇形环绕式结构取代传统的微带线结构,并在功分器隔离电阻处引入了频率补偿电容,基于砷化镓(GaAs)工艺,借助ADS软件设计并制作了一款新型结构的小型化超宽带一分二Wilkinson功率分配器芯片。芯片实物测试结果表明,在通带4~20 GHz内,插入损耗典型值为0.65 dB,端口回波损耗典型值为20 dB,端口隔离度典型值达到25 dB,芯片尺寸仅为1.0 mm×0.9 mm×0.1 mm。该功率分配器的实测结果与仿真结果相吻合,电特性优良,具有较高的实用价值。

一种功率可调的X波段雷达收发组件的设计与实现

采用混合微波集成电路(Hybrid Microwave Integrated Circuit,HMIC)形式设计了一款X波段雷达收发组件。该收发组件分为频综器、功放及内定标源和接收链路三个模块,各模块间通过外接同轴电缆实现信号的互联。充分利用数控衰减器的功能,通过调节放大链路的衰减量,从而达到调节发射输出功率的目的。实物测试表明:在10.5 GHz~12 GHz频率范围内,该收发组件发射输出信号功率10 W、5 W、2 W、1 W四档可调,杂散抑制≥65 dBc,接收通道增益为27.5 dB,噪声系数≤4.8 dB。该组件具有输出信号功率可调、噪声系数小、杂散抑制大等特点,满足项目指标要求。