面向环境射频能量收集的宽频整流电路

整流电路是射频能量回收系统的核心,能够将射频能量转换为直流。但由于整流电路中使用的二极管具有非线性特性,导致整流效率会随频率变化而降低。为解决这一问题,本文提出一种具有宽频带的整流电路,它通过采用与二极管串联的短路线、与二极管并联的开路线以及多级微带线结构来调整阻抗匹配,实现了在宽频带范围内的高转换效率。设计的整流电路在0 dBm的输入功率下,从1.7~2.7 GHz,均达到50%的整流转换效率,最高整流转换效率为63.3%。该宽带整流电路可以运用在无线能量收集系统中。

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。

高压直流换流阀无源宽频等效电路模型的建模

作为高压直流换流站中的关键设备之一,换流阀的宽频特性是一个颇受人们关注的问题。文中以晶闸管换流阀为对象,建立换流阀的无源宽频等效电路模型。采用矢量匹配法对晶闸管、均压电容器和阻容回路的频率阻抗特性进行有理函数逼近,得到极点—留数形式的有理多项式;利用网络综合原理将有理多项式分解和综合,得到宽频有源电路网络。依据端口无源的条件使用序列二次规划法进行端口无源优化,并使用全局优化算法进行严格无源优化,得到换流阀的无源宽频等效电路模型。

模拟海豚滴答声的仿生换能器设计

海豚回声定位信号具有宽带窄脉冲特性,能够精确分辨水中目标,为了使换能器模拟海豚发射回声定位信号,本文采用等效电路法分析了匹配层参数对换能器谐振频率和对应模态强弱的影响,并建立有限元模型进行仿真验证,同时从频域和时域对换能器展开优化设计,根据海豚回声定位信号的特点,设计了一款能模拟海豚发声的双匹配层宽带仿生换能器。该换能器工作频带为50~145 kHz,基本覆盖了海豚回声定位信号的频率范围,单个脉冲发射持续时间不超过22μs,时域波形与频谱能量分布与海豚滴答声信号一致。

6~27 GHz GaAs宽带功率放大器MMIC

基于90 nm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺研制了一款6~27 GHz宽带功率放大器单片微波集成电路(MMIC)。采用预匹配电路降低带内低频段的增益,将宽带电路设计简化为窄带电路设计。采用滤波器匹配网络,将GaAs PHEMT的栅极等效电容和漏极等效电容加入匹配电路中,缩小了宽带功率放大器MMIC的尺寸。在片测试结果表明,该放大器MMIC在6~27 GHz内,增益大于23 dB,增益平坦度约为±0.8 dB,饱和输出功率大于20.9 dBm。放大器MMIC的工作电压为4 V,电流为125 mA,芯片尺寸为1.69 mm×0.96 mm。该宽带功率放大器MMIC有利于降低宽带系统的复杂度和成本。

基于LTCC技术的Ku波段金丝线匹配的研究

基于低温共烧陶瓷(LTCC)技术,设计了Ku波段金丝键合线宽带匹配电路,该电路应用多节1/4波长传输线对两根金丝键合线在Ku波段进行了具有二项式响应的宽带匹配。三维电磁场仿真表明,匹配后在Ku波段的回波损耗达到–20 dB以下,有效提高了信号的通过率。该匹配电路在LTCC基板上所占面积小、实现较为简单。

联合实频数据及预均衡技术的声呐宽带发射技术

针对声呐发射系统在使用中存在工作效率低、匹配带宽窄和发射波形失真的情况,提出采用实频数据技术与预均衡技术相联合的发射系统设计方法。相比于传统的匹配技术,联合技术首先采用直接实频数据技术对换能器的匹配电路进行设计,无需分析换能器等效电路,通过编程可以灵活调整匹配参数,进而实现宽带匹配电路的设计;其次以宽带线性调频信号作为训练序列,基于OMP算法的压缩感知技术可以有效地对匹配后的发射系统冲激响应函数进行估计,由估计出的系统冲击响应函数构建时域预均衡滤波器实现发射波形的失真补偿。水池试验结果表明:采用联合技术设计的发射系统其工作带宽内的功率因数均在0.75以上;发射信号的最大幅度起伏由匹配均衡前的12 d B降低到匹配均衡后的3.3 d B;匹配均衡后的信号失真比与匹配均衡前相比提高了2.5倍。

双频带可重构功率放大器设计

为解决5G无线通信系统中频谱资源日益紧张的问题,提出了一种新颖的双频带可重构电路结构.该结构在输出匹配上使用PIN开关控制支路的工作状态,可完成不同工作波段的切换.首先,基于宽带滤波器理论设计了输入匹配,实现了1.5~4.5 GHz的良好匹配;然后使用LC谐振理论和π等效,将集总电路转化为分布电路,优化了电路在高频处的性能;最后,设计并制作了一种部分覆盖L、S和C波段的可重构功率放大器.测试结果表明:在1.50~2.85 GHz时输出功率大于39.5 dBm,功率附加效率(power added efficiency,PAE)大于39.5%;在3.15~4.50 GHz输出功率大于38.1 dBm,PAE大于43.5%.测试结果满足设计要求,验证了理论的正确性.该结构综合了可重构和宽带技术的优点,对无线通信系统未来的发展有着重要的意义.

电感性负载的非福斯特电路研究与设计

基于非福斯特电路的有源电小天线宽带匹配在工程应用领域受到广泛关注。以电小环天线的等效电路为负载,提出一种接地型运放管的非福斯特电路,并对其负阻抗转换性能进行了分析。经过仿真分析,在2 MHz^30 MHz频段内,单级运放非福斯特电路可实现99%的电感转换率;两级运放乘法电路能够将电路的输入阻抗匹配到50Ω,S11在整个频段内小于-26 d B。实物测试了两级运放乘法器电路,验证了接地型运放管非福斯特匹配电路可较好地提高电感性电小天线的性能。

宽带FBAR滤波器的研制

采用阶梯型结构的薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器芯片和外匹配电路实现了一种输入输出端口阻抗均为50Ω的宽带FBAR滤波器。FBAR滤波器芯片采用自主的FBAR滤波器工艺实现,外匹配电路采用0.35μm GaAs工艺实现,并在该芯片上植球,采用倒装工艺将FBAR滤波器芯片与外匹配电路芯片进行异构集成。然后采用微组装工艺将异构集成芯片装配在标准陶瓷外壳中,外壳通过平行封焊工艺实现气密封装,体积仅为3.8 mm×3.8 mm×1.8 mm。测试结果显示,该滤波器通带频率范围为3 300~3 600 MHz, 1 dB带宽约为300 MHz,相对带宽为8.7%,插入损耗为1.41 dB,在3 250 MHz和3 650 MHz处带外抑制分别为16.5 dBc和48.2 dBc。将实测结果与仿真结果进行了对比,两者基本吻合。

基于简化实频法的宽带匹配电路实验教学研究

针对射频微波电路中宽带阻抗匹配网络的教学困难,引入了简化实频法科研成果,通过将网络综合法与专业仿真软件设计结果进行比较,验证了简化实频法实现宽带阻抗匹配网络的有效性。实验中,学生通过学习宽带网络的设计与优化过程,能够将理论性的抽象问题具体化,降低了理论知识的学习难度,提高了学生的实验积极性,获得了较满意的教学效果。

一种基于GaN的宽带功率放大器的设计与分析

宽带功率放大器是通信发射机的关键组成部分,功率、效率和线性指标决定整个发射机的关键指标。基于氮化钾功率管器件的大信号仿真模型,采用宽带匹配技术进行电路设计,设计一款工作频率在0.5~2.5GHz的宽频带功率放大器。仿真结果显示增益不小于12dB,饱和输出功率不小于42dBm,输出效率不小于46%,通过实际在板优化后指标与设计值相当。为改善放大器线性度指标,采用预失真系统对放大器进行线性化校正评估与分析,实验结果与设计目标吻合。

一种基于GaN的0.5-4GHz高效率宽带功率放大器设计

宽带大功率微波功率放大器在通信发射机的应用越来越多,具有高击穿场强和高功率密度的优点的第三代半导体GaN技术越来越适用于宽带功率放大器的应用。本文基于GaN功率管的大信号仿真模型,采用宽带匹配技术进行功率管的匹配电路设计。通过ADS软件仿真和优化,设计了一款工作在0.5-4GHz宽频带范围的功率放大器。仿真结果显示,在0.5-4GHz内,功率附加效率(Power added efficiency, PAE)超过60%,增益大于11dB,增益平坦度为±1.5dB,且端口驻波性能良好,满足了发射机系统的要求。

自适应宽带功率分配器的研究

为了展宽单支节匹配功率分配器的带宽,通过采用并联短路或开路枝节的方法,抵消原电路中由于频率偏移中心频率而带来的电纳,从而自适应的展宽带宽。将基于该方法设计的功分器与单枝节匹配功率分配器的频带宽度进行比较,结果表明,在一定的频带宽度下,该设计引入的驻波损耗远小于单枝节匹配电路,明显展宽了带宽。

一种基于GaN的宽带功率放大器的设计与实现

宽带大功率微波功放在通信发射机的应用越来越多,具有高击穿场强和高功率密度的优点的第三代半导体氮化钾技术越来越适用于宽带功率放大器的应用。该文基于氮化钾功率管的大信号仿真模型,采用宽带匹配技术进行功率管的匹配电路设计。通过仿真软件设计了一款可以在0.5~2.5GHz宽频带范围内工作的功率放大器,仿真结果为最大增益大于12dB,最大饱和输出功率为42dBm,输出效率大于46%,满足了发射机系统的要求。