太赫兹固态通信系统技术发展现状与挑战

太赫兹固态通信系统被认为是下一代通信的重要技术备选方案,其高速、实时、大容量传输特性为“万物智联”提供了可能。当前,太赫兹固态通信系统面临诸多技术挑战。为进一步推动太赫兹固态通信系统研制,梳理了太赫兹波段信号调制、固态器件、天线以及收发系统的研究进展与关键技术,并剖析了太赫兹通信系统未来的发展方向。太赫兹固态通信系统将进一步加快通信系统小型化研究,促进信号、器件、芯片、系统等多项技术深度优化融合,为商业化应用提供技术基础。

基于反相法的中场校准技术研究

在相控阵天线研制中,阵面校准是非常重要的一环。对比各种校准方法,中场法使用设备少、测试效率高,因而获得了广泛的应用。通常情况下,阵面中的T/R组件内设计有三态开关(发射态、接收态、负载态),中场测试时,通过“逐路通”的方式(逐一选通T/R组件的射频通道,非被测通道处于负载状态),得到所有通道的发射通道(或接收通道)的幅相数据。但在“芯片化”T/R组件组成的阵面中,开关隔离度有限,泄露信号严重干扰被测信号,甚至无法进行正常的故障判断。本文讨论一种基于反相法的中场校准方法,分析了该方法的误差量级,最后通过远场波瓣测试验证了该方法的有效性。

车身域控制器低频驱动芯片失效研究

车身域控制器作为整车电气控制系统的核心模块,承担车辆电器功能、加密认证、网络通信等重要功能,其中无钥匙进入及启动系统作为车身域控制器的基础功能尤为重要,其实现了主动进入、离开车辆检测、钥匙定位、防盗认证及低压电控制等功能。钥匙定位是实现这些功能的基础,由低频驱动部分和钥匙组成,其中低频驱动芯片和低频天线构成了低频驱动部分,一旦低频驱动系统异常,车辆将无法启动。基于恩智浦(NXP)NJJ29C2A9HN5芯片,文章重点对车身域控制器低频驱动芯片的失效进行深入研究,并提出解决方案,增加车身域控制器硬件的可靠性。

太赫兹天线(二)

文章叙述了太赫兹通信天线的新发展,包括光电导天线,芯片上天线和超材料、超平面的应用等,并给出了一些具体例子。

某高频段瓦式相控阵天线的热设计与试验分析

随着通信技术的快速发展,瓦式相控阵天线以其小型化、高性能、高集成的特点,已逐渐成为有源相控阵天线发展的新趋势。但随着频段及集成度的不断提高,多功能集成芯片的热流密度也越来越大,随之带来的散热问题也更为突出。针对某高频段瓦式相控阵天线的热设计要求,提出一种强迫风冷条件下“散热风道+扁平热管”的低成本散热方案,通过数值仿真验证阵面发热器件可控温度及多功能集成芯片温度一致性,搭建热测试平台进行热测试,对测试点实测温度与仿真温度进行对比分析。数值仿真和试验结果表明:所设计的热控结构能够满足发热器件的壳温要求以及多功能集成芯片的温度一致性要求,进一步验证了该散热方案的合理性,可为后续同类瓦式相控阵天线的热设计提供一定的参考。

一种基于片上功率合成的多馈双频贴片天线

本文提出了一种基于多馈源片上功率合成的双频贴片天线,天线由双频贴片天线、寄生贴片、和馈电探针组成,除了能像传统的天线一样辐射电磁能量外,该设计还能实现天线上的功率合成,并且不需要使用功率合成器,可以避免功率合成器造成的额外损耗以及过大的天线尺寸。该设计根据天线不同谐振的场分布设计端口位置,实现和单馈源天线相同的谐振频率和方向图。仿真结果表示,该设计可以实现在4.1 GHz和4.68 GHz频段内的功率合成。

基于S-PIN二极管的频率可重构缝隙芯片天线研究

为了实现高度集成化的片上可重构天线系统,利用硅基固态等离子体表面PIN(S-PIN)二极管技术,设计了一种C—Ku波段频率可重构的领结型缝隙芯片天线。文中讨论了利用S-PIN二极管作为芯片天线频率可重构部件的设计标准,并对S-PIN二极管的结构参数进行了分析。通过控制S-PIN二极管的截止/导通状态,提出的缝隙芯片天线可以实现从6.7 GHz到17.97 GHz的工作频率可重构,增益分别为4.63 dBi和3.4 dBi。在实际的流片和测试过程中发现,文中研制的S-PIN二极管具有良好的伏安特性。此外,固态等离子体天线工作在C波段和Ku波段时的实际中心工作频点分别位于6.6 GHz和17.9 GHz,与仿真结果相比具有良好的一致性,验证了S-PIN二极管在制造频率可重构芯片天线方面的潜力。

封装技术在5G时代的创新与应用

5G时代的到来将通信系统的工作频段推入毫米波波段,这给毫米波器件的封装带来了挑战.5G系统需要将射频、模拟、数字功能和无源器件以及其他系统组件集成在一个封装模块中,这个要求恰恰体现了异质异构集成的特征.在所有的异质异构集成解决方案中,2.5D/3D系统级封装(System in Package,SiP)因其高度集成化被视为解决5G系统封装的重要突破口.文章以SiP为切入口,着重介绍了未来5G封装发展重点的2.5D/3D SiP技术以及目前备受瞩目的Chiplet技术.基于5G毫米波器件的系统级封装解决方案,探讨了适用于毫米波器件封装的基板材料以及SiP所需的先进封装技术.最后,针对5G天线模块的封装,介绍了片上天线和封装天线两种解决方案.

一种用于移动终端的新型内置五频芯片天线

研制了一种用于GSM850/GSM900/DCS1800/PCS1900/UMTS频段的五频内置芯片天线.芯片天线将FR-4介质（介电常数为4.4）上的曲折线和螺旋线相结合,两者分别产生谐振频段进行叠加从而实现天线宽频工作特性.弯曲的折线结构实现了天线尺寸的小型化,天线的体积为20 mm×8 mm×3.2 mm,适合用作移动手机终端的内置天线.电路板的尺寸为40 mm×93 mm,适用于新款小型手机.在驻波比小于3时,测试低频带宽为146 MHz（1030-1176 MHz）,高频工作带宽为530 MHz（1756-2286 MHz）.

毫米波片上雷达技术研究进展

硅微电子技术的进步推动着雷达技术向着毫米波频段片上方向发展。片上雷达优良的性能和小型化优势使其在汽车及其他新领域获得越来越广泛的应用。阐述了基于SiGe BiCMOS和CMOS技术研制的几种主流硅毫米波片上雷达的电路结构、无源元件和封装技术,分析了其发展情况和面临的挑战,指出了片上毫米波雷达技术和应用的发展趋势。

RFID中天线的优化设计

RFID(射频识别)芯片可在某些自动控制系统中用于信号的接收与检测,其中天线的集成设计关系到整个系统的体积及性能,因此,天线的集成化设计成为RFID技术研究的一个重点。本文首先用集总参数模型对片上天线进行建模,并采用标准CMOS工艺设计天线,而且用IE3D电磁仿真工具对其进行仿真,验证了片上天线的可行性及实用性,最后讨论了片上天线的优化设计和改进工艺对天线性能的有效提高。

基于LTCC工艺的蓝牙天线设计与制造

分析了LTCC工艺对射频器件性能的影响,并在优化LTCC工艺的基础上设计并制作了一款蓝牙芯片全向天线。通过工艺的控制,天线批量一致性好,成品率在85%以上。测试结果表明,天线增益为1.6 dB,较好地符合了设计值。该天线尺寸小(6.0 mm×2.0 mm×1.2 mm),质量轻,带宽大(–10 dB带宽为100 MHz)、易于批量生产,适应用于各种高灵敏度、低剖面的蓝牙无线收发模块。

Ka-K波段收发模块的3D系统级封装(SiP)设计

介绍了一种基于有机基板堆叠的高密度多芯片模块的新型三维系统封装(SiP)设计.该模块是工作在Ka波段(发射)和K波段(接收)的SiP.有机基板通过球栅阵列(BGA)堆叠,将收发模块与两个不同频段的天线集成在一起.对于有源芯片部分,包括单片式微波集成电路(MMIC)互连的邦定线设计,电磁辐射隔离和大功率芯片的散热处理;对于无源元件部分,主要包括微带式带通选频滤波器,DC-AC隔离块和天线设计.该系统把收发天线也集成在了毫米波前端里,系统具有多频段、小型化、低轮廓、高增益的优势,在未来毫米波无线通信系统中具有广阔的应用前景.

芯片内/间无线互连技术发展综述

为了解决超大规模集成电路布线复杂的问题,无线互连技术(WIT)应运而生。介绍了实现芯片内/间无线互连的两类技术,一类是基于片上天线的无线互连技术,另一类是基于AC耦合的无线互连技术。从实现成本、功耗,传输性能方面对这两类技术进行了分析与比较,讨论了它们的具体应用及适用范围,同时也总结了两者目前存在的问题,并指出了其未来的研究方向,对今后芯片内/间无线互连技术的应用研究具有一定的参考意义。

高精度、高集成度智能天线控制器

介绍一种高精度、高集成度智能天线控制器。该控制器能实时显示天线的方位角和俯仰角，分辨率为０．０１°，按选择键也可显示无线的极化角；能方便地显示和修改系统参数和工作参数，这些参数均有掉电保护；选择相应的功能键，可完成微动、定位、搜索和跟踪等功能。测试结果表明：该控制器具有检测精度高、控制功能多、使用方便的特点。

无线NoC研究与进展

分析了无线NoC的一般结构,对两种典型拓扑结构及其相关特性进行了比较,并对无线NoC涉及到的关键通信机制,特别是片上天线、路由及通信协议对其性能的影响进行了讨论,最后对未来无线NoC的技术热点及难点问题进行了总结和展望。

一种具有传感功能标签天线的优化设计

针对奥地利微电子公司（AMS）推出的具有传感功能的标签芯片SL900A,提出一种适用SL900A标签芯片的超高频折叠偶极子标签天线。SL900A标签芯片符合EPC Class1 Gen2（860-960 MHz）标准,谐振频率在900MHz处芯片输入阻抗为31-320jΩ。本文通过HFSS电磁仿真软件对设计的天线进行建模、仿真,分析得出影响天线阻抗、谐振频率和带宽性能的关键尺寸参数,采用烟花算法（FWA）优化方法对天线关键尺寸参数进行优化。经过优化,天线功率反射系数小于-10 d B时带宽为10%,覆盖860-960 MHz频段,最大增益达到-0.98 d B,天线与SL900A标签芯片实现良好的共轭阻抗匹配。根据优化结果制作天线实物,测试结果表明设计实现的天线适用于SL900A标签芯片。

定向天线自动控制系统的研究

在图像信号传输或无线通信中,为了保证通信质量,大多采用定向天线。当将定向发射天线和接收天线对准时,才能接收到高质量的信号,但是定向天线对准是一项很困难的工作。针对定向天线对准困难的问题,根据GPS和数字罗盘技术,提出了定向天线自动控制系统的设计方案,进行了精度分析和试验。该系统结构简单,价格便宜,满足高机动武器装备信息传输要求。

单片微机控制雷达天线控制系统的设计

采用 ８０９８ 单片机控制技术和 １２ Ｚ Ｓ Ｚ７５９ 数字化轴角编码器等新技术、新器件完成了雷达天线控制系统的设计。介绍了该系统的硬件结构及软件控制策略的实现。

基于PCB介质的芯片间无线互连及60GHz天线设计

基于印刷电路板(printed circuit board,PCB)介质的芯片间无线互连结构,设计一种60 GHz单极子天线.天线半径为0.04 mm,长度为0.84 mm,天线1、2、3和4代替4个芯片的4个管脚,伸入PCB介质中(厚度为2 mm,面积为20 mm×20 mm).天线1为发射端,其余为接收端.利用HFSS软件仿真得到模型中天线间的S参数S11、S21、S31和S41分别为-19.00、-64.75、-64.75和-76.30 dB.以5 V、60 GHz正弦波信号激励发射天线,接收天线2、3和4分别收到振幅为4.80、4.80和0.47 mV.当发射激励为120 Gbit/s伪随机二进制码时,接收天线收到的信号眼图清晰,理论验证了利用单极子天线实现基于PCB的芯片间无线互连的可行性.