基于SiGe BiCMOS W波段混频器设计

基于130nm SiGe BiCMOS工艺,本文采用双吉尔伯特单元结构设计了一款高线性度的下变频混频器。在混频器的跨导级加入退化电感提高混频器的线性度,并且在中频输出端使用有源双转单电路,实现单端输出并提供增益。版图仿真结果表明,在本振功率为4dBm时,转换增益为4.89dB,噪声系数为15.44dB,在本振信号为90G,射频信号为91G时,输入1dB压缩点P1dB为-0.02dBm,在3.3V的工作电压下,工作电流为14.1mA,功耗为46.53mW。

一种小型化宽频带频率合成器的国产化替代设计

由于国产化要求越来越高,基于微波毫米波系统的频率合成器的设计不仅需要满足小型化、宽频带等要求,更需要能够实现芯片选型的国产化。文章介绍了进口和国产化两种X~K波段频率合成器的设计方案及芯片选型。两种X~K波段频率合成器是采用锁相环技术实现的,都具有频带宽、相位噪声低、杂散低等特点。主要指标:进口产品输出频率范围为10GHz~20GHz,国产化产品输出频率范围为8GHz~20GHz,在偏离1KHz处相位噪声都要优于-97dBc/Hz,同时在偏离10KHz处相位噪声优于-100dBc/Hz,杂散抑制优于70dBc。由最后的测试结果可知,采用国产芯片设计的频率合成器与进口芯片设计产品相比性能相似且体积更小,可以很好的替代实现相关功能。

一般情形下的UCA辐射方向图理论研究

产生涡旋波束的方法有多种,其中最常见的是均匀圆阵列(UCA),具有简单的结构和便捷的模式调控能力。然而,在高阶模态下,增加UCA的单元数会导致成本和空间占比增大,并且可能降低高阶模态的纯度。目前,UCA的设计多种多样,但对于选择合适单元数量的研究还比较缺乏。本文基于DFT,分析UCA的辐射方向图,并在偶数单元数的基础上增加奇数单元数,同时考虑了阵列半径、观测面与圆阵的距离以及观测圆的半径这些因素对纯度的影响。通过仿真研究设定了纯度阈值,从而确定最适合的单元数量。UCA实验结果表明,N=3时带内隔离度可达到35dB,而N=4保持在28-35dB,因此奇数单元有较稳定的隔离度。此外内环N=3,外环N=5的同心圆环阵列(UUCA)的隔离度均大于20dB。综上,在选择UCA单元数量时需要综合考虑纯度要求、成本、空间限制和系统性能等因素。

一种基于S波段缝隙贴片的双频涡旋波天线

随着5G等新一代通信技术的迅速发展,对信道容量和频谱利用效率的需求越来越高。以双频天线为阵元进行组阵,将同时在两个谐振频率处产生OAM波束,大大提高了频谱的利用率。本文提出一种基于S波段缝隙贴片的双频涡旋波天线。其由八个阵元以60mm为半径均匀排列,阵元为切角U型槽天线,采用同轴馈电。通过调节该双频涡旋波天线各阵元的馈电相位,实现了在2.7 GHz和3.7 GHz处同时产生七种不同模态的OAM波束。仿真结果显示:其在低频处|S11|<-10dB的回波损耗带宽为0.24 GHz(2.57~2.81 GHz),高频处为0.25 GHz(3.57~3.82 GHz)。双频带内隔离度均大于23dB。本天线可以进一步提高雷达系统的分辨率。

W波段片上基片集成波导高选择性滤波器研究

本文研究了通过引入负耦合结构为复平面虚轴增加一对零点以改善传统四阶滤波器的选择特性,通过设计刻蚀不同的耦合槽来比较不同耦合结构对滤波器幅频带外抑制度的改善效果。文章在先前已有的普通片上SIW四阶94GHz滤波器的基础上,为使其拓扑结构产生异相耦合,进一步地分别在两个非相邻耦合腔之间刻蚀了一种“H”形和一种为“弓”字形的两种不同槽结构,为原来均为磁耦合的拓扑添加一对电耦合。最后仿真结果成功地验证了所提出的方法,在保持其94GHz工作频率的同时实现了传输零点的产生,进而增加了滤波器的选择性。

基于SIW的TE_(20)模X波段反相功率分配器设计

基片集成波导(SIW)具有损耗低、性能好、易于集成等优点,作为一种新型的导波技术已经被广泛地用于微波与毫米波电路。本文基于SIW的本征模理论,设计了一款X波段的反相功率分配器,通过微带馈电、缝隙耦合,将微带线的准TEM模转换为波导的TE_(20)模,最后通过SIW与微带的过渡结构实现反相等分功率传输。经仿真,该反相功率分配器中心工作频率为10GHz,S_(11)小于-10dB带宽为8.19-11.79GHz(36%),通带内传输系数为-3.32dB,输出相位相差约180°,具有损耗低、相位差稳定、易于与微带线集成等优点。

毫米波段超宽带串联馈电网络设计

设计了一种用于阵列天线具有超宽带特性的串联馈电网络结构。该结构将整个馈电网络视为整个指数渐变线,相比传统馈电网络使用四分之一波长阻抗变换线进行阻抗变换,此设计在很大程度上拓宽了馈电网络的阻抗带宽。基于此结构为直线阵设计了基于泰勒加权分布激励的串联馈电网络,该馈电网络实现了在17~57GHz内S_(11)<-10dB。

基于130nm CMOS工艺的低功耗X波段雷达收发机

本文采用130 nm CMOS工艺设计了一个低功耗X波段收发机。发射机主要由压控振荡器(VCO)、输出缓冲器组成;接收机主要由低噪声放大器(LNA)和吉尔伯特正交混频器组成。提出的发射机采用互补交叉耦合结构VCO来降低功耗,以输出缓冲器为负载的三端口变压器通过线圈耦合实现本振、发射信号的两路功率分配和缓冲器输出阻抗匹配;接收机的LNA通过电流复用技术将有源巴伦和共源电路进行结构堆叠以共享工作电流,从而实现低功耗。后仿真结果显示,在1.2 V电压下,发射机输出峰值功率为7.1 dBm,在1 MHz频偏下相位噪声为−111.2 dBc/Hz,接收机噪声系数为6.8 dB,增益为24.8 dB,输入1 dB压缩点为−25.4 dBm,提出的收发机同时工作的功耗为100.8 mW,版图面积为1.3 mm×1.9 mm。

时间调制阵列在雷达测距中的边带对消方法

时间调制阵列(TMA)天线作为一种新型阵列天线,具有扫描精度高、成本低、带宽大和可重构等诸多优点,近年来也被应用于毫米波亚毫米雷达天线的研制中。但是TMA会产生大量的无用边带,尤其是在雷达测距中这些边带会在距离维度上生成多个假目标造成一定的干扰。本文提出了一种TMA天线在雷达测距中的边带对消方法,通过计算距离谱中TMA所产生的无用边带的频率,幅度和相位等参数,该方法可以生成抑制这些无用边带所需的时域对消信号,降低无用边带所生成的假目标的影响。相比通过改进时间调制阵列天线硬件的传统方法,本文所提出的方法通过信号处理抑制边带信号,可进一步简化结构降低系统成本。本文基于LFMCW测距雷达进行边带对消的分析,通过仿真验证,该方法可以将无用边带抑制约10dB。

基于OAM-SAR成像的双波段图像融合方法

带有轨道角动量(OAM)的涡旋电磁波理论上可以产生无穷多种相互正交的调制模式,为MIMO-SAR系统带来了新的自由度。根据MIMO-SAR的特点,研究了电磁涡旋雷达成像的理论基础,建立了正侧视下的OAM-SAR成像模型,针对涡旋信号采用了改进的BP算法进行双波段成像,利用低波段成像结果确定目标大致范围,利用高波段成像结果获得目标清晰细节,最后将两幅图像进行融合。仿真和实际数据处理结果表明,BP-OAM-SAR系统可以大幅度提高方位向分辨率,而双波段SAR图像融合可以降低成像的计算量,有效排除高波段下虚像的干扰,进一步提高图像分辨率。

高极化隔离的平面超宽带双极化相控阵

紧耦合偶极子天线通常使用传统的非平衡馈电,这会导致同轴线外侧出现高频电流,很难同时实现宽带匹配和高极化隔离。因此本文研究了将不平衡的同轴直接馈电方式改进为巴伦耦合式的平衡馈电,采用面对面结构来引入馈电内导体与开路枝节之间的耦合。这显著改善了巴伦的输出平衡,导致不同极化模式的端口之间高度隔离。并对此展开无限大阵列仿真设计。以Active VSWR<3为限,该天线实现了边射时5.6:1的工作带宽,带内极化隔离度基本大于35dB,并在E、H面扫描时分别实现了60°、45°的扫描角度。

基于多极矩展开的双模涡旋波束综合

为了增加通信系统传输容量,提高频谱效率,本文提出了一种利用多极矩展开(MME)产生携带两种不同模态轨道角动量(OAM)的涡旋电磁波的方向图综合方法。以同轴馈电的贴片天线为阵元,通过构建一个两环的同心圆环天线阵列,在保持内外环半径与激励幅值比不变的条件下来产生所需的涡旋波束。仿真结果表明,利用多极矩展开方法产生的OAM模态分别为1和2的涡旋波束的主瓣范围符合预期,同时旁瓣电平最高仅为-13.8dB。该研究为雷达成像、无线通信等领域的进一步发展提供了参考依据。

简洁构型与馈电的宽带双极化金属锥阵列天线

本文提出了一种宽带双极化金属锥阵列天线。该阵列天线以传统的旋转体天线结构为主体,通过在锥体底部开设四道正交的直通槽,以便在锥状单元内部形成可与地板间构成匹配谐振腔的开放式空腔结构。在阵列中,任意两个相邻的锥状单元之间可形成类似于Vivaldi天线的辐射缝隙结构。馈电采用同轴馈电方式,探针无弯折结构,金属锥体无弯折过孔。每个金属锥状单元独立,可极大简化加工、装配和维护过程。该天线具有两个正交极化,分别由左右和前后相邻单元构成。仿真结果表明,在频率范围为2~8GHz内,阵列大部分有源VSWR小于2,小部分端口有源VSWR小于2.5(相对带宽为120%)。

一种具有近似对称E/H面波束宽度的SIW喇叭天线

本文提出了一种基于基片集成波导的喇叭天线。为了提高增益,在喇叭孔径前加载椭圆型介质透镜以调整辐射波的相位;为了提高带宽,在上述透镜的上下加载同样形状和厚度的介质板,不仅进一步改善与自由空间的匹配,同时还减小了E面方向图波束宽度,使得天线E/H面波束宽度近似相等。此外,通过在介质板上加载金属柱和金属条带减弱了后向辐射,并因此提高了天线的前后比。仿真结果表明,在S_(11)小于-10 dB的情况下,该天线的带宽范围为22.2 GHz至32.3 GHz,整个工作频带内增益超过9.6 dBi,同时实现了较高的前后比以及在E面和H面较为对称的辐射方向图。

基于感性传输线的可调有源滤波器

论文采用电容加载传输线结构实现了一个可调谐的有源带通滤波器。该滤波器主要由感性微带线与三极管极间电容产生并联谐振提供频率选择性。通过在微带线后加载一个可变电容改变该感性微带线的等效输入阻抗,从而改变谐振频率,同时产生一个传输零点,以提高阻带抑制性,可变电容同样可以改变传输零点的频率。输出匹配采用多节传输线达成宽带匹配以确保调谐过程中输出端始终保持良好的回波损耗。该有源滤波器的中心频率在1.5GHz~2.5GHz频段范围内可调,中心频率处增益大于5dB,回波大于10dB。

一种基于ZYNQ平台的雷达信号处理方法

随着电子技术的快速发展^([1]),Zynq将Arm多核系统与FPGA相结合,充分发挥了Arm控制与FPGA并行运算能力,在通信、雷达、医疗等嵌入式系统方面得到广泛运用。本文提出了一种基于Zynq平台的雷达信号处理方法。采用模块化设计方法,将PL处理部分经仿真验证后封装为IP核,作为主机通过PS端的S_AXI_HP从机接口可以对PS端的DDR读写,从而实现PS与PL高速通信。在线性调频连续波雷达中,PL端完成下变频、零中频、傅立叶变换和匹配滤波后,PS端进行恒虚警及后续算法,最终完成目标距离、角度和速度测量。