基于45 nm CMOS SOI工艺的毫米波双频段低相噪压控振荡器设计

本文基于45 nm互补金属氧化物半导体绝缘体上硅工艺(Complementary Metal Oxide Semiconductor Silicon On Insulator,CMOS SOI)设计了一款支持5G毫米波24.25~27.5 GHz和37~43.5 GHz双频段的低相位噪声压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO).基于CMOS SOI工艺良好的晶体管开关特性,结合开关电容阵列及开关电感方案,提高宽带调谐电容、电感Q值,扩展VCO工作频段,降低相位噪声.同时,输出匹配网络也采用开关电容切换方式,实现了5G毫米波双频段良好阻抗匹配及稳定功率输出.流片测试结果表明该VCO可以完整覆盖5G毫米波双频段24.25~27.5 GHz和37~43.5 GHz,低频段输出功率-4.8~0 dBm,高频段输出功率-6.4~-2.3 dBm.在24.482 GHz载频,1 MHz频偏处的相位噪声为-105.1 dBc/Hz;在43.308 GHz载频,1 MHz频偏处的相位噪声为-95.3 dBc/Hz.VCO核心直流功耗15.3~18.5 mW,电路核心面积为0.198 mm^(2).低频段(高频段)的FoM(Figure of Merit)及FoMT优值分别达到-181.3 dBc/Hz(-175.4 dBc/Hz)、-194.3 dBc/Hz(-188.3 dBc/Hz).

用于车载终端通信的双频段全向偶极子天线

针对露天矿山车载终端通信的需求,文章基于山字型结构设计一款同时满足4G/5G通信的全向偶极子天线。基于双锥天线模型设计全向印刷偶极子单频天线,通过在两侧加载枝节引入高频谐振,并通过在倒三角辐射贴片上开L形缝隙和矩形缝隙实现频段的展宽及谐振频点的偏移;对两侧枝节的末端进行渐变处理,使天线的谐振频率在拐点处可以平滑地过渡,从而在较宽的频带内获得良好的阻抗匹配。仿真和实测结果表明,该天线具备双频段全向的辐射特性,完全满足设计要求,且结构简单小巧、容易安装、不易受到损坏。

双频段滤波天线与低噪声放大器一体化设计

为了满足未来无线通信系统对小型化、多频段、低损耗的需求,基于ATF-551M4晶体管,提出了一种新型的双频段滤波天线与低噪声放大器(LNA)一体化设计,并将其应用到WiFi6频段。通过在天线上引入寄生结构,使其具有更好的双频带通滤波性能。并在两个工作频段上分别设计出与LNA输入相匹配的阻抗,实现了无需阻抗匹配网络的滤波天线与电路直接连接。该设计可以有效地降低传统射频接收机前端中阻抗匹配网络带来的损耗,改善接收机噪声系数,提高接收机灵敏度,同时实现接收机的小型化多功能集成。实测结果显示,该一体化天线在WiFi6频段内|S_(11)|dB,低频段增益>20.9 dB,高频段增益>14.1 dB,具有比较显著的双频带通滤波特性。与传统级联设计相比,一体化天线不但具有更小的尺寸,而且噪声系数在工作频段内也显著减小。噪声系数最大降低了约0.5 dB,对应的灵敏度约提高17.5%。

双频段MIMO印刷偶极子天线设计

该文设计一款双频段MIMO印刷偶极子天线系统,由2个天线单元组成,每个辐射单元由2个不同尺寸的微带开口环组成。通过在地板上开方形栅格,减少了2个天线单元之间的耦合,提高天线端口间的隔离度,在2个工作频段内隔离度均高于25 dB。

基于非对称架构的双频段大回退Doherty功放设计

射频系统对多频功放需求越来越大,基于有源动态负载调制技术的Doherty功率放大器(DPA)作为射频前端的关键部件,其效率和性能是设计的关键,但是传统单频段回退6dB的DPA已无法满足发展需求。本文设计了一款工作在2.6/3.5 GHz的双频段大回退Doherty功率放大器。采用改进型双频宽带匹配网络的方法对Doherty的各个模块设计,并通过非对称架构实现高回退范围。通过仿真验证,该DPA在两个频段的饱和漏极效率(DE)分别超过70%和66.5%,回退9 dB时的DE分别超过52.5%和47.3%,对应的饱和增益都大于7 dB,且在3GHz附近的输出功率及效率趋近于0,使得功率放大器实现了较好的带间隔离性。满足无线通信系统多频段大回退的工作需求。

一体化双频段有源相控阵天线结构设计

目前有源相控阵天线以单频段为主,功能单一,协同工作需要天线数量较多,本文针对该问题设计了一种双频段共口径有源相控阵天线,采用规则嵌阵和错层排布技术将C和Ku双频段集成于一体形成共口径天线单元,设计了高集成数字阵列模块作为信号处理的载体,实现微波与数字信号转换、控制及校准功能一体化,以独立可更换综合网络模块组成阵面架构实现天线单元与数字阵列模块的互联,并通过仿真方式验证电气与力学性能,为双频段有源相控阵天线的结构设计提供借鉴作用。

一种双频段可切换3-Bit相位调控智能超表面

随着6G技术的快速发展,传统大规模阵列技术成本高、功耗大、复杂度高等问题愈发严重。而智能超表面凭借其实时调控空间电磁波幅度、相位、极化、频率以及传播方向的能力,有望实现人为主动重构无线信道的愿景。为了能够提升智能超表面在无线通信中调控电磁波的能力,设计了一种可在两个频段工作的3-Bit相位调控智能超表面。该超表面单元上集成了一个PIN二极管和一个变容管,用以联合控制超表面的工作频段和相位响应。全波仿真结果首先展示了智能超表面单元的相位调控及频率可重构性能,继而在之后验证了其阵面波束调控功能。该款智能超表面有望实现多频段无线信号覆盖增强,重构无线传播环境,为6G技术的发展提供支持。

用于车载终端通信的双频段全向单极子天线

为满足露天矿山车载终端通信的需求,本文设计了一款能满足4G/5G通信的双频全向单极子天线。首先,基于共面波导馈电结构,设计了全向印刷矩形单极子单频天线;其次,在馈线左侧加载一个接地矩形辐射枝节以实现双频谐振,并在馈线右侧加载接地矩形辐射枝节以拓宽天线带宽;最后,在矩形单极子天线中心开十字型槽并对接地板做渐变处理,使天线在较宽频带内有良好的阻抗匹配。仿真和实测结果表明,该款天线具备双频段全向的辐射特性,完全满足设计要求。

加载对称谐振臂的双频段5G微带天线

为满足工信部最新分配的5G频段要求,设计了一种加载对称谐振臂的新型微带天线。天线辐射单元主要由2个内外嵌套的圆环形贴片和附着在外侧圆环两侧的对称谐振臂贴片组成。内侧和外侧圆环尺寸分别决定天线高频与低频的谐振点位置,对称谐振臂则用于优化双频段的辐射性能。利用电磁仿真软件HFSS对天线结构进行设计与优化,并借助矢量网络分析仪对天线实物进行测试。结果表明:所设计天线具有3.27~3.80 GHz和4.80~5.08 GHz的带宽,对应的最大增益分别达到了3.27 dBi和2.34 dBi,在工作频段内满足S11小于-10 dB,电压驻波比(VSWR)小于2。所设计的天线结构简单、小巧便携、易于集成,有较好的全向辐射特性和较大的增益。

一种双频段集成多功能天线

本文提出了一种双频段多功能集成天线,可同时满足多功能系统对近距离NFC和远距离LoRa的通信需求。该天线采用倒F形结构和感性线圈加载枝节组成,LoRa和NFC功能模块分别对应两个独立的馈电端口,感性线圈集成在倒F形天线结构内部,实现了天线整体尺寸的小型化。使用商用软件Ansoft HFSS进行仿真设计,两个功能模块(LoRa和NFC)的工作频点分别是868 MHz和13.56 MHz,两个谐振点的反射系数(LoRa:-15.6 dB,NFC:-18.7 dB)和-10dB阻抗带宽(LoRa:10 MHz,NFC:0.33 MHz)均达到了LoRa和NFC天线的设计要求,并且从辐射方向图仿真结果可以看出,LoRa天线模块在868 MHz时具有良好的辐射性能。

低成本双频段手持对空电台信道设计

军民联合行动时,双频段手持对空电台需符合现役对空指挥引导话音通信体制,并兼容民航空管便携式对空电台模式。现有装备不能完全满足整合频段、兼容体制、小型化、低成本的装备要求。分析了双频段手持电台的研制需求,完成了低成本的信道设计,并对关键技术进行了具体研究和实现。

广电网络中5G高隔离度双频段线阵技术的研究

本文主要研究应用于5G的一维相控阵天线,基于相控阵的构成和一维相控阵天线的扫描原理,设计了一款竖直结构形式的双频段紧耦合相孔阵天线,能够有效增大双极化端口隔离度,以满足广电网络对多频化、宽带化天线的需求。并将天线单元和功分器结构联合进行整体仿真,对结构参数作出改进和优化,通过1×24有限阵列的仿真分析,全面总结了各单元的性能。

基于超表面的低剖面双频段天线设计

为满足用户对移动终端设备的小型化和高通信质量的需求,设计一种基于超表面的超低剖面双频段天线。本设计通过探针馈电在倒F多枝节激励结构中引入更多的电流回路同步产生更多的激励模式,同时在倒F激励结构的上下方各引入一层非周期性超表面寄生结构,可控制谐振频率,实现双频宽带辐射,同时保证天线的小型化和低剖面。仿真结果表明,该天线低频段和高频段的-6 dB带宽分别为6.23~6.7 GHz和7.56~8.29 GHz,基本涵盖IEEE 802.15.4z标准的Channel 5和Channel 9频段,天线的电尺寸为0.258λ_(0)×0.258λ_(0)×0.033λ_(0)。

小型化双频段GPS微带天线

为了满足GPS定位准确性和可靠性的需要,要求天线在GPS两个频率上实现圆极化.该文介绍一种通过单个探针馈电的双层正方形切角的微带贴片天线.此天线采用不同介电常数的微波陶瓷基片,与常规的双频圆极化天线相比,其尺寸减小了且没有在两层贴片间引入空气层,结构紧凑,便于加工.文中给出了天线的详细设计及实验结果,并进行了讨论.实测结果证明了该设计的有效性.

5G毫米波双频段基片集成波导双工器

提出一种适用于5G毫米波无线通信系统的具有高隔离度和优异通带性能的双频段基片集成波导(SIW)双工器。该双工器由一种新型的Y型耦合谐振器和频带独立可控的新型双频段滤波器组成。新型双频段滤波器基于SIW三角形谐振腔,相比传统矩形SIW谐振腔空载Q值更高,并且设置多种扰动元件以实现两个频带的独立可控。Y型耦合谐振器由圆弧状的微带线拼接而成,最大限度地减弱通道互耦合以提高隔离度。该双频段双工器具有结构紧凑、尺寸小的优点。实际制作的双频段双工器接收通道中心频率分别为27 GHz和36 GHz,发射通道中心频率分别为29 GHz和39 GHz。实测结果其阻带抑制优于-60 dB,隔离度优于-50 dB,验证了该设计方法的有效性。

具有双频段的十字形复合单元频率选择表面

基于模式匹配分析技术,对由2种尺寸不同的十字形单元组合成的十字形复合单元频率选择表面进行了理论分析;利用十字形孔径单元的电场基函数得出十字形复合孔径单元的电场基函数,计算结果表明,这种复合单元频率选择表面具有两个频段,在微波、红外乃至可见光波段上将有广泛的应用.

一种开槽的双频段宽带科赫分形天线

基于分形理论设计了一种开槽的双频宽带特性的科赫(以下称Koch)雪花分形天线.天线的结构紧凑,两个工作频段宽覆盖了第二代移动通信数字蜂窝系统(Digital Cellular System,DCS)/个人通信业务(Personal Communication System,PCS)频段、第三代移动通信时分同步的码分多址技术(Time Dicision-Synchronization Code Divcision Multiple AccessTime,TD-SCDMA)频段和全球微波互联接入或无线城域网(Worldwide Interoperability for Microwave Access,WiMax)频段等无线通信频段.同时,天线在各个工作频段内有良好的方向辐射性.天线模型经过二维电磁仿真软件(High Frequency Structure Simulator,HFSS)仿真分析,并对天线的样品进行了实物测量,仿真结果与测量结果有较好的一致性.

一种低功耗双频段低噪声放大器

基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,设计并实现了一种双频段低噪声放大器(DB-LNA)。在输入级中,采用了2个LC并联谐振网络串联结构,结合PMOS管的源极负反馈电感,实现了DB-LNA在双频段的输入阻抗匹配。在放大级中,采用CMOS互补共源放大结构和电流复用技术,在提高系统增益的同时,实现了DB-LNA的低功耗。在输出级中,采用NMOS晶体管作电流源的源跟随器,对信号电压进行缓冲,实现了输出阻抗匹配。利用ADS进行仿真验证,结果表明,该低噪声放大器在1.9GHz和2.4GHz 2个工作频段下,其增益(S21)分别为26.69dB和20.12dB;输入回波损耗(S11)分别为-15.45dB和-15.38dB;输出回波损耗(S22)分别为-16.73dB和-20.63dB;噪声系数(NF)分别为2.02dB和1.77dB;在3.5V的工作电压下,静态功耗仅有9.24mW。

一种可切换的双频段CMOS低噪声放大器

基于0.18μm RF CMOS工艺,设计了一种可切换的双频段CMOS低噪声放大器,其输入输出均匹配到50Ω。加入封装、ESD电路和PAD模型,采用Cadence Spectre RF进行仿真。结果显示,在1.8 V工作电压下,1.575 GHz输入时,LNA的噪声系数、功率增益和偏置电流分别为0.9 dB、18.2 dB和5.7 mA;1.2 GHz输入时,LNA的噪声系数、功率增益和偏置电流分别为0.8dB、16.8 dB和5.3 mA。

基于半模基片集成波导的双频段缝隙天线

基于半模基片集成波导技术,提出了一种适用于微波集成电路的双频段缝隙天线。该双频段天线由馈电微带线,一段半共面波导结构和具有辐射缝隙的半模基片集成波导谐振腔构成,利用半模基片集成波导谐振腔的多模式工作特性实现了天线多频段特性。仿真和测试结果表明,该天线能同时工作在C频段(谐振频率5.74 GHz,S11=-21.86 dB)和X频段(谐振频率11.33 GHz,S11=-25.09 dB),不需要同时采用两个天线,具有便于和平面电路集成、体积小、结构简单、成本低等优点。