晶体管级异质集成技术及其典型应用

晶体管级异质集成是后摩尔时代半导体微波器件技术发展的重点方向。介绍了针对平面和纵向两类不同结构器件分别开发的介质键合和金属键合两套外延层转移晶体管级异质集成工艺,研制出基于介质键合工艺的金刚石衬底GaN HEMT微波功率器件和基于金属键合工艺的SiC衬底GaAs PIN限幅器电路。测试结果表明,与常规的SiC衬底GaN HEMT器件相比,金刚石衬底GaN HEMT器件在高热耗工作下器件热阻减小超过50%,连续波工作输出功率和功率附加效率分别提高0.77 dB和5.6个百分点;与常规工艺的GaAs衬底限幅器相比,18~40 GHz SiC衬底GaAs PIN限幅器单片电路限幅电平基本一致,插入损耗改善约0.2 dB,耐功率能力提高3 dB以上。

新型直线伺服驱动加载实验教学平台

为引导学生掌握直线伺服驱动系统的运行特性,提出了新型直线伺服驱动加载实验教学平台,解决了传统直线伺服实验教学平台中加载难、测试精度低、动态性能差的弊端。基于该实验教学平台,开展了永磁直线伺服电机静态推力、动态推力、加速度以及突变负载的实验研究。该实验教学平台的研制,不仅丰富了电机类、电力拖动类课程的教学实验工作,又激发学生的学习兴趣,提升创新能力。

高转矩性能多相组永磁电机及其关键技术综述

多相组永磁电机具有转矩密度高、转矩脉动小、容错能力强的优点,在航空航天、舰船推进等高转矩性能应用场合得到广泛的关注。首先,该文探讨多相组永磁电机的绕组拓扑特点,分析其转矩性能提升机理,归纳转矩性能最优的相移角设计规律。其次,总结了近年来国内外学者在多相组永磁电机领域已开展的工作,重点围绕槽极配比、拓扑结构、相组间联结方式等关键技术进行介绍。然后,基于电流谐波注入和永磁体谐波注削技术,进一步阐述了提高多相组永磁电机转矩性能的方法。针对多相组永磁电机高可靠设计技术,从短路电流抑制、相间独立性提高、绕组余度提升的层面进行了整理和归纳。最后,对高转矩性能多相组永磁电机进行总结与展望。

X波段100W GaAs单片大功率PIN限幅器

在101.6mm(4英寸)外延片上,研制出了大功率PIN限幅器芯片。根据大功率要求,优化了GaAs PIN二极管的I层厚度和表面结构,建立了大、小信号模型,通过优化设计,使限幅器既能承受100 W的输入功率,又有较低的插损。在8.5~10.5GHz内,测得该限幅器插入损耗约0.65dB,输入输出驻波≤1.5;当限幅器输入脉冲功率(9.5GHz,脉宽8ms、占空比40%)达50dBm(100 W)时,保持壳温120℃,输出漏功率最大18dBm,持续时间20min后,未见损坏。

高推力永磁直线作动器及其关键技术综述

磁力传动式直线作动器通过非接触式的磁场耦合实现能量传输,避免了机械磨损、卡死、过载能力不足等问题,并且提升了可靠性,降低了振动和噪声。将永磁磁力传动技术引入到直线作动器领域,使得兼具高推力密度、高可靠性的直线作动器成为可能。该文首先系统阐述了高推力永磁直线作动器的基本特点和研究现状,对典型的永磁直线作动器进行综述,并引入高推力密度磁力丝杠作动器的概念,分析其永磁磁力传动的一般性原理;然后,对近年来国内外学者在磁力丝杠作动器领域已开展的研究工作进行整理和归纳,并对拓扑结构、磁路加工等关键技术问题进行分析和探索;之后,讨论了该作动系统在航空航天和轨道交通等领域应用的可行性;最后,对磁力丝杠直线作动系统的研究方向进行展望。

2~20GHz GaAs超宽带杂谱抑制单片低噪声放大器

基于0.15μm GaAs PHEMT低噪声工艺,采用二种不同的电路结构——分布式和负反馈,研制了两种超宽带低噪声放大器芯片,两种芯片都达到了2~20GHz的超宽带要求。两款芯片均使用单电源+5V自偏置供电。分布式低噪声放大器芯片的典型增益为17dB,典型噪声系数为2.5dB,输入驻波≤1.6,输出驻波≤1.9,1dB增益压缩输出功率≥14dBm,电流≤75mA;负反馈低噪声放大器芯片的典型增益≥20dB,典型噪声系数≤3.0dB,输入输出驻波≤2.1,1dB增益压缩输出功率≥14dBm,电流≤60mA。用探索到的杂谱抑制理念,设计的两种放大器在全频带、全温(-55^+125℃)、大小信号输入下均未见到杂波,成功解决了国外同类产品HMC462在低温(-55℃)下存在杂散的严重问题。

K波段收发多功能GaAs MMIC芯片

介绍了一种基于0.15μm GaAs pHEMT功率工艺的K波段收发一体多功能芯片。该多功能芯片包含了功率放大器和低噪声放大器及收发开关。接收支路19.6-23.0GHz内增益大于23dB,增益平坦度为±0.2dB,输入输出驻波均小于1.8,噪声低于3.5dB;发射支路21-23GHz内输出驻波小于2.2,输入驻波小于2,增益大于25.6dB。在22GHz时饱和输出功率为23.3dBm,饱和电流170mA,效率达到25.2%。该多功能芯片接收/发射由单刀双掷开关控制。芯片尺寸为：4.1mm×2.75mm×0.05mm。

X波段100W GaAs单片大功率PIN限幅器

功率GaAsPIN限幅器已广泛地应用于微波系统中，以保护接收支路中的低噪声放大器。南京电子器件研究所研制出x波段100WGaAs单片大功率PIN限幅器。根据大功率要求，优化了GaAsPIN二极管的I层厚度和表面结构，建立了大、小信号模型，通过优化设计，

AlGaAs/GaAs PIN超宽带微波毫米波单刀三掷开关

研制了基于异质结AlGaAs/GaAs PIN二极管的超宽带微波毫米波开关单片。通过异质结外延材料结构的设计和MOCVD生长技术、高台面PIN开关电路制备工艺技术、超宽带模型管S参数测试与电路设计,制作了一款0.05~50 GHz的超宽带PIN单刀三掷开关。测试结果表明:该微波毫米波开关在0.05~18 GHz频带内插入损耗为0.5~0.75 dB,隔离度大于41 dB;18~50 GHz频带内插入损耗为0.75~1.2 dB,隔离度大于27 dB;具有低插入损耗和高隔离度的开关切换特性。

L波段载板式双平衡限幅低噪声放大器

设计了L波段PIN限幅器芯片和低噪声放大器芯片,并将这两种芯片集成在载板上,组成小尺寸双平衡限幅低噪声放大器。低噪声放大器采用负反馈结构,降低噪声系数和改善增益平坦度。采用双平衡式结构,提高限幅器的功率容量,提高了1dB增益压缩点输出功率。对传统兰格桥结构作了改进,缩小了电路面积。该限幅低噪声放大器工作电压5V,电流40mA。测试结果显示,在频带1.2~1.4GHz内,噪声系数小于1.2dB,增益大于28dB,P1dB大于6dBm,能够承受脉冲功率150 W(脉宽200μs和占空比为20%)。体积为7.5mm×5.0mm×0.9mm。

7～13 GHz GaAs单片40W限幅低噪声放大器

南京电子器件研究所首次研制出7～13GHz连续波40W大功率限幅器＋低噪声放大器集成单片。根据大功率和低噪声要求，将PIN二极管和低噪声PHEMT两种材料集成在同～GaAs衬底上，

毫米波GaAs单片限幅低噪声放大器

设计了一款毫米波GaAs单片限幅低噪声放大器。限幅器采用两级反向并联二极管结构,通过优化限幅器匹配电路,增大了限幅器的耐功率,降低了限幅电路的插损。低噪声放大器为四级级联设计,输入端采用最小噪声匹配,偏置电路增加RC串联谐振电路,减小了噪声,提高了电路稳定性。测试结果表明,该毫米波GaAs单片限幅低噪声放大器在33~37GHz频带内,增益达到22dB,增益平坦为±1dB,输入驻波小于2,输出驻波小于1.5,噪声小于3.0dB,输出1dB增益压缩点(P1dB)大于5dBm,可以承受15W的脉冲输入功率。

具有带外抑制的限幅低噪声放大器一体化设计

基于0.15μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,研制了一款27.5~31 GHz具有带外抑制特性的限幅低噪声放大器(LNA)单片微波集成电路(MMIC)。限幅器采用两级并联结构,用微带线进行输入输出匹配,以减小限幅器的插入损耗和电压驻波比。未单独设计滤波器,而是在LNA的匹配网络中加入滤波支路,且分散置于各级匹配网络中,以减小噪声损耗。LNA为三级级联结构,采用单电源和电流复用结构,以实现较小的电流和功耗。测试结果表明,该MMIC在27.5~31 GHz内增益大于21 dB,噪声系数小于3.6 dB,1 dB压缩点输出功率大于5.5 dBm,在17.6~20.6 GHz内带外抑制比小于-50 dBc,可以承受20 W的脉冲输入功率。

Ku波段GaN单片低噪声放大器的研制

研制了一款Ku波段GaN单片低噪声放大器,该放大器采用了GaN 0.25μm Ku功率工艺,工作电压为10 V。在12~18 GHz频带内,噪声NF≤2.9 d B,增益G≥20 d B,输入驻波比VSWR1≤1.8,输出驻波比VSWR2≤1.5。该芯片在16 GHz下,承受38 d Bm的大功率输入脉冲(周期为1 ms,占空比为10%)10 min,经测试未发现低噪声放大器芯片烧毁的现象。

5~6 GHz限幅低噪声放大器的研制

采用GaAs增强型pHEMT工艺,将限幅器和低噪声放大器集成在同一衬底,设计了一款用于5~6 GHz的限幅低噪声放大器。限幅器采用PIN二极管进行设计,低噪声放大器采用并联负反馈、源级电感负反馈以及电流复用结构,减小功耗的同时改善了增益平坦度和稳定性。测试结果表明,在工作频带内,限幅低噪声放大器的增益为27±0.2 dB,噪声系数为1.1~1.3 dB,总功耗为240 mW,耐功率大于46 dBm(2 ms脉宽,30%占空比),芯片尺寸为3.3 mm×1.3 mm。