6～18GHz GaAs PHEMT5位MMIC数字移相器

采用GaAs PHEMT工艺研制开发了一款6～18 GHz五位MMIC数字移相器。通过建立精确的器件模型、选择合理的单位拓扑以及设计优化原理图和版图,并在优化过程中采用性能冗余优化策略,保证了产品各项性能优异和高成品率。测试的电性能典型值表明,在工作频率范围内,11.25°/22.5°移相位的相移误差<2.5°,45°/90°/180°移相位的相移误差<5°,相移均方根误差<4.5°,插入损耗保持在7dB～10.5dB的范围内,32种相移态输入端与输出端的驻波比均小于1.7,最终芯片面积仅为3.555mm×4.055mm×0.1mm,可广泛用于相控阵雷达与电子对抗等系统。

GaAs及GaN微波毫米波多功能集成电路芯片综述

综合论述了GaAs和GaN微波毫米波的收发多功能芯片、幅相多功能芯片和GaAs限幅放大器集成芯片的发展状况、电路结构和性能特性,简述了收发多功能中的功率放大器和低噪声放大器的设计方法、幅相多功能中数字移相器和衰减器的设计方法,给出了限幅低噪声放大器中限幅器的设计参考。

基于GaAs pHEMT工艺的宽带6位数字移相器MMIC

基于0.15μm GaAs pHEMT (pseudomorphic High Electron Mobility Transistor)工艺,研制了一款6位数字移相器微波单片集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC).该移相器由六个基本移相位级联组成,工作频带为10~18 GHz,步进值为5.625°,移相范围为0~360°,具有64个移相态.根据最优拓扑选择理论,5.625°,11.25°,22.5°移相位采用桥T型结构,降低了移相器的插损及面积;采用开关型高低通滤波器结构实现45°,90°,180°移相位,提高了大移相位的移相精度,并有效降低了寄生调幅.实测结果表明:64态移相寄生调幅均方根误差小于0.6 dB,移相输入输出回波损耗低于-11 dB,移相均方根误差小于4.2°,基态插入损耗低于8.6 dB.芯片尺寸为3.35 mm×1.40 mm.该数字移相器具有宽频带、高移相精度、尺寸小的特点,主要用于微波相控阵T/R组件、无线通信等领域.

T／R组件中的GaAs微波控制器件

在国外ＧａＡｓＴ／Ｒ组件研究基础上，结合我们开展的有关ＧａＡｓＦＥＴ微波控制器件的研究课题，探索了在国内现有ＧａＡｓ生产工艺水平下研制ＧａＡｓＴ／Ｒ组件的可能性，并简单地描述了ＧａＡｓＴ／Ｒ组件的特点。给出了所研究ＧａＡｓＦＥＴ微波控制器件的实验结果、计算机仿真曲线和部分ＧａＡｓ微波器件的实物照片。

C波段6bit GaAs MMIC数控移相器的设计

基于0.15μm GaAs PHEMT工艺,设计并制备了一款C波段GaAs微波单片集成电路(Millimeter Microwave Integrated Circuit,MMIC)6位数控移相器。在片测试结果表明:移相器在4~8 GHz频段内,插入损耗≤8 dB,移相均方根误差≤5.8°,输入、输出回波损耗≥10 dB。芯片尺寸为4.40 mm×1.60 mm×0.07 mm。

10~18 GHz高精度单片数控移相器设计

设计了一款10~18 GHz高精度单片6 bit数控移相器芯片,采用的电路结构融合了全通滤波器(APF)、高通滤波器(HPF)和低通滤波器(LPF)型移相结构。采用多个全通滤波器级联的移相结构可以在宽带内实现精准的相位偏移量,但电路结构比较复杂。该设计通过两种方式改进级联全通滤波器型移相结构,一是采用全通-高通网络替代全通网络,二是采用低通网络替代全通网络,可以在保持高移相精度的同时减少电路元件数量,缩小芯片尺寸。使用0.25μm GaAs PHEMT工艺制造移相器芯片,内部集成六位并行驱动器,芯片尺寸为2.7 mm×1.4 mm,测试得到10~18 GHz频段内移相精度(RMS)为2°。

X波段4 bit MMIC数字移相器的设计与实现

基于WIN 0.25μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计并制备了一款X波段4 bit单片微波集成电路(MMIC)数字移相器。22.5°和45°移相单元采用开关滤波型拓扑结构,90°和180°移相单元采用高低通滤波型拓扑结构。对拓扑结构工作原理进行分析,并采用ADS2014软件完成电路的电磁仿真及优化。测试结果表明,该4 bit MMIC数字移相器获得了优良的宽带性能,且与仿真结果吻合良好。在8~13 GHz频带内,移相器的均方根(RMS)相位精度误差小于6.5°,插入损耗优于-6.8 dB,RMS插入损耗波动低于0.5 dB,输入回波损耗优于-13 dB,输出回波损耗优于-9.5 dB。该4 bit MMIC数字移相器在相对带宽为47%的X频段内性能优良,适用于有源相控阵雷达等通信系统中。

新型4-bit和5-bit宽带砷化镓单片数字移相器

在GaAs基片上实现的多级级联3dB耦合线开关反射式宽带单片数字移相器在相移精度、输入回损等关键性能上良好,但通常面积很大,而多级级联的高低通网络移相器面积较小而宽带性能较差。通过多节GaAspHEMT开关的组合改变3dB耦合线的直通端和耦合端的反射体的电长度,在6～18GHz的频率范围内实现不同的相移量。该结构只采用两级3dB耦合线结构级联,减小了芯片面积,减小了多节耦合线级联引入的寄生损耗。测试结果验证了结构的合理性:性能上与传统结构相当,但芯片面积缩小为50%～60%。

一种X波段五位数字移相器的研究与设计

介绍了数字移相器的基本原理及设计方法。在ADS仿真环境下，基于GaAs HJ—FET开关器件，设计仿真了一种X波段五位数字移相器，大大降低了移相器的后期制作成本。利用矢量网络分析仪对制作的实物进行了测试，结果表明：在12—12．5GHz频段内，移相器的最大插损小于9．5dB，均方根相位误差在3°以内。

X波段大相位高低通移相器MMIC的设计与实现

基于WIN 0.25μm Ga As赝配高电子迁移率晶体管（PHEMT）工艺,针对大相位移相器容易在宽带情形下出现的性能恶化问题,采用ADS2014仿真软件,成功设计并实现了两款大相位（90°和180°）的X波段（8-12 GHz）宽带数字移相器电路,其拓扑形式为高低通结构,并采用奇偶模分析方法,对高低通滤波网络进行分析。最终在片测试结果表明,其获得了优良的宽带性能,且与仿真结果相吻合。该设计90°移相器电路在频带内相位误差为-3.7°-0°,插入损耗优于2.15 d B,回波损耗优于19 d B;180°移相器电路在频带内相位精度为-6.2°-2°,插入损耗优于2.65 d B,回波损耗优于17 d B。该移相器在相对带宽为40%的X波段内取得良好的插入损耗与回波特性,适用于频带较宽的多位级联数字移相器中。

串转并数控集成宽带幅相控制MMIC

基于NEDI 0.15μm E/D GaAs PHEMT工艺,研制出了一款集成了6位移相器、6位衰减器和24位串转并数字驱动器的X-Ku波段宽带幅相控制多功能芯片。其中衰减器采用了电容补偿T型开关衰减结构和电感校正π型开关衰减结构,具有衰减精度高和相位变化小等优点。24位串转并数字电路极大地减少了MMIC控制线的数目,且具有存储两个控制码的能力。测试结果表明:在8~18GHz频带内,插入损耗为-9.8^-12.2dB,移相误差均方根值(RMS)小于8°,移相幅度均衡小于±1.2dB。衰减误差RMS小于1.2dB,衰减附加相移RMS小于6°,输入输出驻波小于1.8。24位串转并数字电路时钟频率为17 MHz,高低电平的阈值电压分别为3.6V和3.4V。

金属陶瓷贴片封装的S波段六位数控移相器

介绍了一款自主设计采用0.25μm GaAs PHMET开关工艺制作的的S波段六位数控移相器芯片和金属陶瓷表贴管壳内的设计方法和研制结果。该移相器在工作频带2.8～3.6GHz内64个移相态的移相精度RMS<1.0°、插入损耗IL<5dB、输入输出驻波比VSWR<1.5、幅度均衡ΔIL<0.3dB、1分贝压缩输入功率大于25dBm、切换时间ton、toff均小于10ns。外形尺寸为10mm×10mm×2mm。

小型化6~18 GHz数控移相器的设计应用

基于0.15μm砷化镓赝高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺研制了一种6~18 GHz六位数控移相器,并将其应用在多功能芯片的设计中。根据移相器的带宽要求,5.625°、11.25°、22.5°采用桥T型全通网络结构,45°、90°和180°采用开关选择型全通网络结构。六位数控移相器的有效面积小于3 mm×0.8 mm,在片测试结果表明,芯片在6~18 GHz的频带内移相精度≤3.5°,附加调幅范围介于-0.8~0.8 dB之间。

应用于DBS移动接收中的5位数字移相器——低成本、Ku波段

提出了一种应用于DBS移动接收中的5位数字移相器的设计方案,并通过实验验证了其实际性能。该移相器采用加载线型和反射型移相原理,首先应用ADS软件进行设计仿真;仿真结果显示该移相器具有频带内高移相精度、低插入损耗和低VSWR等性能,符合设计要求。最后使用Agilent矢量网络分析仪对实物进行测试,进而验证了设计方案的正确性。

高性能X波段单片数控移相器

采用0.25μm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管(pHEMT)工艺设计了一款X波段六位数字移相器,移相器采用高低通和全通网络结构,通过控制不同移相单元的状态从而形成64种移相状态。运用了提高相移精度和抑制级联散射的方法,6个移相单元按照180°/45°/11.25°/5.625°/22.5°/90°的顺序级联。在8～10 GHz频率范围内,数字移相器的64种状态的相位均方根误差小于1.6°,各态幅度均衡度小于0.7 dB,插入损耗低于5.5 dB,输入输出端口的回波损耗均优于15 dB。除此之外,芯片尺寸为2.2 mm×0.7 mm,可广泛用于相控阵雷达与电子对抗等系统。

0.3~3.0GHz超宽带高精度数控移相器的设计

基于0.15μm GaAs赝高电子迁移率晶体管(pHEMT)工艺,研制了一款应用于相控阵系统的集成数字驱动器的0.3~3.0 GHz高精度6 bit数控移相器芯片,通过级联6个不同移相单元可实现最小步进为5.625°的0°~360°移相范围。5.625°、11.25°、22.5°移相单元采用开关切换单阶磁耦合全通网络结构,45°移相单元采用开关切换电容补偿单阶磁耦合全通网络结构,90°、180°采用开关切换高通补偿两阶磁耦合全通网络结构。在片测试结果表明:在0.3~3.0 GHz频段内,数控移相器芯片64态移相均方根误差小于3°,插入损耗小于18 dB,全态移相附加调幅小于±1 dB,输入输出驻波小于1.9,静态功耗为3 mA@-5 V。芯片版图面积为5.00 mm×3.45 mm。

S波段6位高性能数字移相器

采用0.25μm砷化镓(GaAs)赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计了一款2.3~3.8 GHz频段的低插入损耗、高精度、小尺寸且集成数字驱动器的6位数字移相器。移相器中的6个移相单元按45°/90°/5.625°/11.25°/180°/22.5°的顺序级联。为了改善移相精度和抑制级联散射,进一步优化了移相单元的电路设计。在2.3~3.8 GHz频率范围内,数字移相器的相位均方根误差最大值为4°,输入输出电压驻波比小于1.4,插入损耗小于4 dB,各状态的幅度波动小于0.8 dB,芯片尺寸为2.44 mm×1.52 mm。