基于超材料构建的PCB通信信道芯片无线互连通信研究

提出了一种基于蘑菇型电磁超材料构建的PCB(Printed Circuit Board)的芯片间/芯片内射频通信设计模型.该设计用单极子天线模拟芯片管脚,利用PCB介质作为通信信道,并填充一层超材料吸收多径传播中部分电磁波,降低天线回波损耗和改善天线之间相关度.分析电磁波在PCB介质内传播途径及超材料对其影响.对发射天线输入频率为20GHz不归零伪随机二进制信号,接收天线输出信号的眼图清晰端正.从频域和时域结果分析表明芯片-PCB无线互连可行,而且超材料能够明显改善通信信道而提高信号传输质量.     

2．4GHzSMD地面天线：天线

Molex公司推出模塑互连器件（MID）天线2．4GHz SMD地面天线。这歉2．4GHzSMD天线利用激光直接成型技术的功能和精度开发,显著节省PCB空间,并且不要求PCB离地距离,此轻型天线的重最只有0．03g尺寸为3．OOmm×3．00mm×4．00mm,他用时可在PCB保留完整的接地层,节省PCB空间。     

倒扣焊安装的微机械毫米波介质集成波导滤波器

为了解决毫米波段滤波器因倒扣焊安装引起的性能恶化问题,本文基于MEMS技术提出了联合仿真设计方法,将MEMS介质集成波导滤波器芯片与罗杰斯介质板利用三维高频仿真软件HFSS进行共同建模设计,充分考虑两者互连时易产生的问题,完成了芯片的制作、安装、测试及结果分析。测试结果表明,该滤波器通带为41.5~42.7GHz,去嵌后通带插损小于0.8dB,通带内反射损耗优于17dB,在38GHz处带外抑制优于40dB,芯片尺寸仅为5.2mm×3.0mm×0.4mm。考虑工艺误差影响,设计与测试结果吻合良好,该方法有效改善了毫米波段滤波器频率偏移及安装互连引起反射损耗恶化等问题。     

卷积码在60 GHz芯片间无线互连系统中的性能分析

针对60 GHz芯片间无线互连系统中信号幅度衰落及多径时延,导致信道产生突发性错误引起误码率增大的问题,从编码增益和译码能耗角度研究了该系统中卷积码的性能.根据60 GHz芯片间无线互连系统特点,分析了适用于此场景的CM7.2信道特性以及编码系统接收信噪比.结合信道编码理论,推导了卷积码的临界距离,得到了编码系统的能效衡量标准.在此理论研究的基础上,通过MATLAB对卷积码进行了蒙特卡洛数值仿真,得到了编码增益,进而分析了最大通信距离.通过QuartusⅡ对卷积码进行了电路能耗仿真,得到了编译码能耗,进而分析了临界距离.综合考虑卷积码的编码增益、译码能耗及有效通信距离,提出了可优先采用的编码方案.为60 GHz芯片间无线互连系统以及其他60 GHz近距离无线通信系统提供了纠错编码方面的技术参考.     

超低频天线最优波束成形设计研究

针对现有超低频天线发射端单一化缺陷和通信距离受限瓶颈,为实现超低频电磁发信系统的小型化和远距离传输,该文对旋转式永磁体机械天线的超低频电磁发信技术进行了理论创新和工程实践。探究多输入单输出(MISO)场景下超低频多机械天线电磁辐射理论,建立了基于三相感应电机的多机械天线阵列的空间磁场分布模型。仿真结果表明：利用三相感应电机组成的2元机械天线阵列可使磁感应强度在近场提高3 dB。该文还提出了多天线超低频近场最优波束成型技术。仿真结果表明：当天线之间的初始相位相等时径向接收磁场分量场强最大。设计高精度同步技术并搭建原理样机进行测试,实验结果表明：发送端采用2元天线组阵,信号功率提高6 dBm,传输距离可达50 m。     

毫米波多通道收发电路与和差网络一体化集成技术

相控阵天线的收发组件与和差网络通常是两个独立的模块,模块间通过接插件进行电连接,成本较高且集成度低。文中提出了毫米波多通道收发电路与和差网络一体化集成技术,将多通道收发组件与和差网络高密度集成在同一介质基板(PCB)上,芯片贴装界面与和差网络在不同层,射频和低频电路通过介质板层间和层内走线完成。最后制作8×16阵列进行无源测试验证,结果表明该一体化集成技术性能良好,具有小型化、轻量化、一体化高密度集成、制作成本低等特点,可广泛用于毫米波瓦式相控阵天线。     

基于神经信号采集技术的无线传输片上系统研究

基于生物电信号的幅频特性,研究了高精度、低噪声和低功耗的信号采集与无线传输方法和优化理论。通过SMIC 180 nm 1P6M标准CMOS工艺设计实现了一款用于自由活动被测体的神经电信号采集和无线传输芯片。主要论述了射频电路设计,在该生物电信号采集和传输系统中采用无线方式对信号进行传输,为了增加其通用性,兼顾板级天线互连及其面积尺寸,依据科学研究、教育和商用的开放频段(2.4~2.438 GHz)对无线收发组件进行研究和设计。     

一种新型双频天线的设计

提出了一种新型紧凑单馈的双频段天线,天线采用单层微带馈线和开口矩形框的接地板结构,分别印制在介质板的两侧。天线的面积只有13 mm×22 mm。天线的工作中心频率分别为2.45 GHz和5.25 GHz,同时,运用HFSS10电磁仿真软件对影响工作中心频率的参数进行了分析。最后制作出实物,并且对其进行测试,测试结果与仿真结果基本吻合。所提出的天线具有小型化和双频段的特性,在无线局域网通信中有很好的应用前景。     

键盘按键信息的近场截获研究

计算机键盘在正常工作时会伴随产生电磁骚扰噪声,未授权人员若窃取这些电磁噪声经分析处理便可还原键盘的按键信息.经测试发现键盘的电磁辐射主要来自键盘内的印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)及接口电缆互连结构,在连接处产生共模电压源并激励PCB板和接口电缆构成的共模回路向外发射电磁波.通过建立理论模型,分析了键盘产生伴随电磁辐射的机理,并基于该模型对PCB板-电缆互连结构进行了定量计算及电磁全波仿真.用实验的方法在近场截获了键盘的按键信息.实验结果表明:计算机键盘伴随产生的电磁骚扰噪声中含有按键信息并可在近场被截获.     

74GHz毫米波透镜喇叭天线的设计与仿真

设计了一种应用于毫米波段的透镜喇叭天线,基于几何光学的原理建立透镜和喇叭之间的几何关系,减少了独立的设计变量,并对天线进行了仿真。结果表明:当天线的中心频率为74 GHz时,天线的口径为38.63 mm;在72.5~76 GHz频带范围内,带内电压驻波比VSWR均小于1.5,天线增益大于28 d B,并且E面和H面中的半功率波束宽度分别小于6.5o和8.5o。喇叭天线在加载介质透镜前后三维方向图的仿真结果表明介质透镜可以减小喇叭口面相位误差。所设计的天线具有良好的方向性和增益。     

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。     

基于开口双谐振环的无线激励微波微等离子体阵列源的研究

本文根据无线传输理论和超材料的谐振吸波特性,利用HFSS仿真软件,对基于圆形开口双谐振环(DSRR)的无线激励2.45 GHz微波微等离子体阵列源进行研究。仿真结果表明,DSRR的内、外环半径、内外环间距、无线激励源与接收谐振环阵列的间距等参数对微波微等离子体阵列源的S参数和电磁场分布有着较大影响。本文对无线激励产生微波微等离子体阵列的进一步研究提供参考。     

一种基于缝隙结构的小型双频段射频能量接收天线

随着超低功耗芯片技术的发展,无线传感器节点的功耗已进入微瓦（μW）级范围,使低功耗传感器利用周围环境中的射频无线能量为自身供电成为可能。提出了一种用于无线传感器节点的小型射频能量接收天线。该天线采用微带缝隙结构,基于缝隙天线设计理论,应用全波电磁场工具对其进行了设计及仿真优化,并获得了该结构谐振点随尺寸变化的一般规律。在常用FR4材料的小尺寸双面PCB板上,通过开槽加载和微带线馈电方法使天线可以同时工作在GSM和ISM两个频段。在1．9GHz和2．4CHz频率点上,天线的回波损耗分别为-39．4dB和-20．8dB,最大增益分别达到1．4dBi和2．9dBi,测试与仿真结果基本吻合。该天线含地平面在内的尺寸为5cm×5cm,实现成本低,可同时接收两个频段的射频能量,有效地扩展了频率适应范围,提高了能量接收效率。     

用于无线能量传输系统的微带天线设计

本文提出一种用于组成无线能量传输(Wireless Power Transmission,WPT)系统的微带天线结构,并采用基于有限元法的电磁仿真软件(HFSS)对微带天线进行3D建模.在二端口网络分析法的基础上,建立磁耦合共振无线能量传输等效电路模型,求解出系统发生频率分叉现象产生的条件以及最大效率时的频率表达式.基于以上方法,研究本文设计的微带天线传输特性,包括:系统的最优传输效率与耦合距离的关系,工作频率与耦合距离的关系,得出在能量传输距离在50cm左右时,天线的谐振频率为12.5MHz,效率可达63%.微带天线具有很大的结构优势,如与集成电路兼容,成本低,体积相对较小,且工艺相当成熟,易大规模批量生产等优势.因此该设计的平面微带天线可用于无线能量传输系统.     

平面对数螺旋线慢波结构的电磁仿真

采用平面对数螺旋线慢波结构可以有效减慢电磁波的相速,电子注的加速电压可低至百伏量级。利用仿真软件HFSS,对20~40GHz 频段的平面对数螺旋线的色散、同步、损耗和传播特性及它们与结构尺寸的关系进行了仿真分析。结果表明,选择适当的慢波结构尺寸,得到的色散曲线较平缓;衰减较小,慢波结构中电磁波与电子流的作用效率比较高;具有较好的传播特性。     

一款基于HFSS仿真的倒F蛇型印制天线

设计了一种用于2.4 GHz智能无线传感器的倒F蛇型天线,.使用HFSS仿真和设计,根据优化后的天线模型参数,最终设计集成在无线传感器印制电路板上印制天线,使天线可达到最佳的效果.该天线的仿真和实测结果表明,在2.45 GHz的中心工作频率下,回波损耗小于-12dB,带宽约为100 MHz,阻抗50.58+j0.55,满足了IEEE 802.15.4协议的要求.     

应用于WLAN/WiMAX的三频段微带贴片天线设计

设计了一种应用在无线局域网络(WLAN 2.4 GHz)和微波存取全球互通(WiMAX 3.5 GHz/1.8 GHz)无线通信领域中的小型化三频段微带贴片天线。结构设计主要通过在圆形贴片上开出一个近似T形槽的方式,该天线结构简单、尺寸小、加工方便、成本低且全向特性理想。为了便于数值分析和优化,在HFSS建立了该天线的电磁仿真模型。其研究表明,实测和仿真的结果吻合良好,该天线在其各频段内的回波损耗＜-10 dB,并具有良好的方向性和增益。在3个工作频带内电压驻波＜2,阻抗匹配特性良好,验证了该设计的合理性。     

多层微波集成电路中微带线层间互连仿真

针对多层微波集成电路设计的微带线层间互连问题,介绍了垂直通孔互连、垂直带条互连和层耦合过渡互连三种高性能的互连方法,并且采用三维电磁仿真软件HFSS对这三种互连结构进行了建模和仿真.仿真结果表明,垂直通孔互连和垂直带条互连在0.1~25 GHz的频宽范围内,回波损耗S11<-20 dB,插入损耗S21>-1 dB,互连性能优良,而层耦合过渡互连在20~68 GHz内回波损耗S11<-20 dB,插入损耗S21>-1 dB,具有在毫米波频段实现互连的潜力.     

Intra-chip wireless interconnect for clock distribution implementedwith integrated antennas, receivers, and transmitters

A wireless interconnect system which transmits and receives RF signals across a chip using integrated antennas, receivers, and transmitters is proposed and demonstrated. The transmitter consists of a voltage-controlled oscillator, an output amplifier, and an antenna, while the receiver consists of an antenna, a low-noise amplifier, a frequency divider, and buffers. Using a 0.18-μm CMOS technology, each of these individual circuits is demonstrated at 15 GHz. Wireless interconnection for clock distribution is then demonstrated in two stages. First, a wireless transmitter with integrated antenna generates and broadcasts a 15-GHz global clock signal across a 5.6-mm test chip, and this signal is detected using receiving antennas. Second, a wireless clock receiver with an integrated antenna detects a 15-GHz global clock signal supplied to an on-chip transmitting antenna located 5.6 mm away from the receiver, and generates a 1.875-GHz local clock signal. This is the first known demonstration of an on-chip clock transmitter with an integrated antenna and the second demonstration of a clock receiver with an integrated antenna, where the receiver's frequency and interconnection distance have approximately been doubled over previous results