宽带RF-MEMS开关驱动电压的分析研究

根据国内外发展的经验,从绝缘介质膜的制备、微桥膜内的残余应力到微桥膜的弹性系数这些影响驱动电压的关键因素出发,提出了一些新的微加工工艺和设计方法,为设计性能优良的RF-MEMS开关提供一种有效的方案,也为RF-MEMS开关设计和研制提供了有意义的探讨。

宽带直接接触式RF MEMS开关

本文提出一种静电驱动直接接触式宽带MEMS开关,包含CPW传输线、双U型金属悬臂梁、触点和锚区,兼顾了开关接触可靠、克服微结构粘连和低驱动电压三大结构可靠性设计因素。本开关为三端口开关,使用低温表面微机械工艺,制作在400μm厚的高阻硅衬底上,芯片尺寸0.8mm×0.9mm。样品在片测试结果表明,在6GHz频点,开关本征损耗0.1dB,隔离度24.8dB,等效开关接触电阻0.6Ω,关态电容6.4fF,开关时间47μs,开关驱动电压为20-60V。

一种紧凑的射频CMOS放大器LC输出匹配电路

提出了一种紧凑的射频互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)放大器LC输出匹配电路,利用放大器漏极偏置电感、输出端隔直电容与放大器输出端并联电感电容形成高阶LC谐振网络,可在占用较小芯片面积的条件下实现较传统L型匹配电路更宽频率范围的输出阻抗匹配。推导了该LC输出匹配电路元件值的计算式,并根据提出的设计方法,采用65 nm CMOS工艺设计了一款K频段放大器,其输出匹配电路尺寸仅98μm×150μm。仿真结果表明,在16.5~22.1 GHz频率范围内放大器的S 22<-10 dB,阻抗匹配带宽相比L型匹配电路增加166%。放大器实测S参数和仿真结果相符,验证了该LC匹配电路可实现紧凑的宽带阻抗匹配。

一种宽频带RF MEMS开关的设计研究

针对现阶段常用的射频微机电系统(RF MEMS)开关频带窄和稳定性差这个特点,本文提出了一种结型梁RF MEMS开关,该微结构采用了的共面波导线的传输线形式以便于与其他器件串并联,使用结型梁增强了开关的稳定性。首先就RF MEMS开关模型的设计及工作原理进行介绍,然后利用有限元分析软件ANSYS对其驱动电压进行分析,并进一步利用HFSS高频仿真软件,针对结型梁结构的RF MEMS开关进行射频性能的分析优化,得到了在频带宽为45 GHz,在15~60 GHz插入损耗小于0.15dB,隔离度高达52dB的RF MEMS开关,最后验证了其在较高加速度冲击条件下依然具有较高的稳定性,适用于恶劣环境。

多通道宽带接收幅度实时校准技术

多通道宽带接收系统由于时变与非时变因素导致多通道信号幅度不一致,对此提出了一种幅度实时校准技术。采用RF检波器连续实时检测信号功率,经信号调理和AD采样,闭环控制衰减器,将多通道的信号幅度调节到目标功率容限范围内;同时利用温度传感器对不同温区的温飘进行补偿,实现了多通道宽带接收系统在工厂校准阶段或系统校准阶段的幅度实时校准。

RF MEMS频率可重构三频PIFA天线的设计

设计了一种结合RF MEMS开关实现频率可重构的三频PIFA(planner inverted F-antenna,平面倒F天线)天线。该频率可重构天线通过变换在地层的RF MEMS开关的通断改变天线的谐振回路的物理长度,从而改变PIFA天线的工作频率。通过HFSS仿真可知,这个天线可以工作在203,498和910 MHz这三个频率为中心的频段,其相对带宽分别为18%,10%和8%,能够满足实际通信的需求。

用于能量收集的低功率宽带宽输入整流器

本文提出了一种具有宽动态输入功率范围的宽带整流器,主要用于低输入功率条件。提出的整流器利用肖特基二极管的单向导电性和并联型电路拓扑结构进行整流。在提出的结构中,采用了由两级微带线和匹配电感组成的宽带阻抗匹配网络,以减少失配损耗,并在工作范围内实现高射频到直流的功率转换效率(PCE)。其中匹配电感是为了抵消二极管的电容。提出的整流器被设计、优化、仿真、制造和测试。测试结果与仿真结果非常吻合。在输入功率范围为-1~10 dBm,带宽为1.8~2.8 GHz(相对带宽为43.4%)的情况下,PCE大于50%。此外,在输入功率为10 dBm时,PCE峰值为76.4%。与以前的类似工作相比,本文提出的整流器工作于最低的功率水平,使其在射频能量收集的发展中具有重要的应用前景。

RF CMOS工艺片上MOM电容的宽频带建模与验证

提出了一种新的基于RF CMOS技术的金属-氧化物-金属(MOM)电容宽频带建模方法。为了提高模型精度、扩展有效频带,模型在构造时加入了测试焊盘和输入/输出互连线的等效电路。测试结构是基于自身物理结构进行架构的,充分考虑了其在高频时引入的各种寄生效应。互连线模型考虑了高频时的趋肤效应。通过解析提取的方法,在低频时提取测试结构引入的容性和阻性寄生参数。采用物理公式计算互连线的等效电感和电阻以及高频下互连线产生的趋肤效应参数初值。对于模型拓扑结构和参数提取方法,采用40 nm RF CMOS工艺上设计所得连带测试结构MOM电容数据进行验证。在0.25～110 GHz的频率范围内,可得测试和仿真的S参数精确吻合。

一种基于匹配网络结构的高效率X波段高功率放大器设计

基于0.25μm氮化镓工艺,设计了一款30 W X波段单片微波集成电路(monolithic microwave integrated circuit, MMIC)高功率放大器。基于两级级联拓扑结构电路,提出了宽带低损耗的输出、级间、输入匹配网络及栅极/漏极偏置网络,实现了放大器全频段绝对稳定的高输出功率和高效率。后仿真结果表明:在工作频率为8~12 GHz时,带内输入、输出驻波系数分别小于2.5,2.2,饱和输出功率为44.1 dBm,功率附加效率为38%~42%,平坦度为±0.3 dBm,转换功率增益大于17.9 dB。功率放大器的功率容量为40 W,芯片版图面积为16.9 mm2,可广泛应用于X波段卫星通信等无线通信领域。

监测预警Mesh通信系统的宽带射频功率放大器设计

为解决基于Mesh技术的实时监测预警系统中单频无线监测终端易被外部干扰而无法使用的问题,设计了一种可应用于无线监测的1.0~1.5 GHz的宽带射频功率放大器.该宽带射频功率放大器由驱动放大器和末级放大器构成.采用单载连续波和20 MHz的64QAM宽带数字射频信号测试该射频功率放大器的性能,得到:增益大于20 dB,末级放大器输出(P1dB)大于43 dBm,射频信号峰均比(PAR)大于6 dB,邻信道功率比(ACPR)小于-34 d Bc@37 d Bm,直流功耗小于40 W,第2~4次谐波小于-50 dBc.测试结果表明,该宽带射频功率放大器达到了设计要求.

便携式宽带电磁骚扰自动检测系统设计与实现

针对自然环境中电子信息设备和系统的电磁环境效应、感知与防护问题,研发了一套便携式宽带电磁骚扰自动检测系统,实现了电磁骚扰强度、频谱和方位的自动测量。系统由全自动信号采集平台和数据分析处理平台两部分构成,基于μC/OS-Ⅲ嵌入式操作系统,采用LabVIEW软件控制上位机。通过交互式界面键入命令来控制频谱仪读取并显示测量数据,同时系统自动控制射频开关、云台等硬件设备,实现测量姿态的闭环控制与数据采集以及天线的最佳姿态自动调控,具有全方位扫描功能。实验结果表明,系统测量频率范围300 MHz~3.5 GHz,电场强度的相对误差均小于6.2%,方位角误差小于1.5°。该系统荣获了第十六届全国研究生电子设计竞赛西北赛区团队一等奖。

基于AD8321的程控射频宽带放大器设计

研究以运算放大器芯片AD8321作为核心的程控射频放大电路。该系统由AD8321、微控制器电路以及信号均衡电路组成。为保证放大器的增益范围,核心放大电路由三级放大器级联组成。为实现带宽内增益平坦度,级间设计插入信号均衡电路,增益大小由微控制器通过串行接口对AD8321进行设定。实现了程控增益0~60 dB可调,1~80 MHz带宽内增益起伏小于1 dB,最大输出电压正弦波有效值大于1 V,输出信号波形无明显失真。

超短波多频点电磁能量采集微型传感器天线

提出了一种用于收集战场超短波射频(Radio Frequency,RF)能量的多频点、小型化天线。天线采用共面波导馈电,以Hilbert分形结构为基础,加载交指结构线有效增大天线阻抗带宽,同时实现天线的小型化(0.12λ×0.07λ),便于微型传感器使用。天线在超短波波段内存在4个S(1,1)<-10 dB的工作频点,其中225~300 MHz内频点有两个,能够较为高效地采集战场内超短波干扰机、电台,尤其是常用特高频(Ultra High Frequency,UHF)电台的射频能量。天线垂直方向增益在-2 dBi左右,垂直面全向辐射特性良好。天线仿真结果与制作实物测试结果吻合良好。

宽带一体化接收前端技术的研究

本文构建了一个通用化、标准化、模块化的带射频接收前端,结合指标要求,进行了系统指标的规划及方案的可行性论证,利用ADS软件对其关键指标进行了仿真验证,阐述了宽带射端的设计方法及步骤。通过对各个功能模块的设计、选择、及调试,最终在200MHz-3200MHz的频率范围内,采用二次变频技术设计了一种超外差接收前端。介绍了宽带射频前端系统仿真研究、接收机系统的方案选择、大动态范围接收机的实现接收机技术指标的计算与仿真和发射机系统的设计与仿真。介绍了宽带一体化接收前端技术的系统设计与实现以及2～6GHz通用接收机研究及关键电路的设计与实验。

一种降低宽带射频大功率放大器谐波失真的方法

对于宽带功率放大器,有些低频端的谐波正好在工作频带内,因此谐波失真是衡量宽带功率放大器的一个重要指标。作者提出了一种降低宽带射频大功率放大器谐波失真的有效方法,即通过调整负载电感值和直流工作点使功率管负载达到最佳。利用该方法,将文中提及的功率放大器的谐波失真从-11 dBc降低到了-24 dBc以下。

一种6～18GHz宽带接收前端的设计

描述了一种应用于信息对抗领域的6-18GHz宽带接收前端设计,针对接收前端噪声系数、增益、动态范围等技术指标进行设计与分析,并对关键电路进行设计与仿真,使其能满足技术指标要求。电路基于MCM多芯片微组装技术,集成了MMIC有源放大器芯片、无源均衡器、衰减器芯片等,电路具有超宽带、低噪声、大动态和良好的多通道幅相一致性等特点,同时结构上采用集成一体化设计,提高了接收前端组件可靠性和稳定性,便于整机集成,广泛应用于电子对抗雷达接收系统。

玻璃基三维集成技术在宽带射频领域的应用

玻璃材料具有良好的射频传输特性和可加工性,在先进封装领域获得广泛关注。文中针对宽带射频领域对于三维封装的需求,研究了玻璃转接板加工以及玻璃基三维堆叠工艺,测试了玻璃堆叠结构的射频性能。在此基础上将射频芯片嵌入在由玻璃转接板和转接框形成的空腔内,实现了两层射频链路的垂直堆叠,从而形成工作频率2 GHz~18 GHz的宽带玻璃基变频微模组,其测试性能与设计仿真一至,说明结构工艺路径可行,最后对玻璃封装技术的应用前景进行了展望。

宽带射频SiP集成工艺IP建模仿真技术及应用

宽带射频SiP中包含不同功能基板、金丝金带级联、射频类同轴互连等工艺传输单元,这些传输单元的结构要素及其工艺容差对组件的宽带性能影响较大,但在理想的射频链路仿真往往被忽略,导致实测与仿真设计值偏差较明显。针对此问题,文中通过电磁仿真优化、射频性能提参、神经网络建模及封装技术,开发了一批宽带微波集成工艺IP,并以一款宽带射频SiP产品为对象完成射频仿真与实测验证,结果表明,集成工艺IP在功能和性能上均满足精细化射频链路仿真设计的需求,可以明显提升微波电路设计与工艺的耦合度及仿真精度。

一种软件无线电宽带射频前端的设计

比较了软件无线电宽带射频前端的几种技术方案特点及其可行性，提出了一种采用多路可配置信道组网射频前端方案，分析了其关键技术及解决措施；并以2—2000MHz宽带射频前端为例进行仿真，给出典型仿真结果，验证了方案的可行性。

UHF宽带大功率放大器模块

报道了自行设计并研制成功的UHF宽带大功率放大器模块，该模块在1．35～1．85GHz频带内增益高于44dB，输出功率大于10w，增益平坦度≤±0．7dB同时对射频功率放大器的稳定性进行了分析与讨论，提出了提高射频功率放大器稳定性的方法，即要设法排除带外不稳定因素以及设计合理的偏置网络，这对射频功率放大器的稳定性有明显的改善。