基于垂直互连技术的上下变频多芯片模块

采用垂直互连技术研制了一种X波段上下变频多芯片模块,实现了微波单片集成电路和介质基板在三维微波互连结构中的平稳转换、保证了微波信号的有效传输.简要分析了垂直互连对微波传输的影响和解决方法,应用微波仿真软件建立了互联结构的三维电磁场模型,对垂直互连结构进行了仿真优化.实测结果和仿真结果吻合良好.最后在较小尺寸盒体内实现了上变频链路、下变频链路、电源管理、TTL检测四个功能.模块测试结果表明,下变频链路的变频增益大于51 dB,噪声系数小于6 dB,杂散抑制小于65 dBc;上变频链路的变频增益大于9 dB,1 dB压缩点输出功率大于11 dBm,杂散抑制小于55 dBc;模块尺寸为80 mm×42 mm×15 mm,达到了小型化设计要求.     

P波段长脉宽小型化大功率模块研制

基于放大器小型化大功率的发展趋势,介绍了一种P波段用于雷达装备的长脉宽小型化大功率的放大器模块。为实现小型化设计,该模块采用微波混合集成电路,独特的双层腔体结构,TTL调制电压信号、阻抗转换、ADS阻抗匹配仿真和优化等技术;为提高散热性能,晶体管采用钎焊于独特的盒体上使发热部分直接紧密与整机连接。在工作电压28 V、脉宽2.5 ms、占空比25%的测试条件下,成功研制出一款P波段功率放大模块,其体积更小,功率更大,效率更高。该模块峰值输出功率大于200 W、功率增益大于48 dB,模块体积为50 mm×40 mm×18 mm。     

L波段高增益功放模块设计

设计了一种小型化L波段高效率高增益脉冲功率放大模块,该模块使用微波混合集成电路技术,其体积比同等性能传统L波段功率放大器大大减小。测试结果表明,在工作电压36V、脉宽200μs、占空比10%时,L波段1.2~1.4GHz带宽内模块输出功率能达到80 W,增益近40dB,总效率大于40%,模块体积仅有25.5 mm×22.0mm×5.0mm。     

VHF频段小型化千瓦级GaN功率放大器

为了满足VHF频段对高功率放大器小型化的需求，设计并制备了一款基于0.5μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺的VHF频段小型化千瓦级功率放大器。通过采用多节微带电容网络和高介电常数的印制电路板(PCB)实现了末级功率放大器匹配电路的小型化；以高通滤波器作为级间匹配电路，在减小电路尺寸的同时，提高了链路增益；采用混合集成工艺，实现了电源调制器、前级驱动功率放大器和末级功率放大器等各单元的小型化高密度集成。测试结果表明，在0.24～0.30 GHz频带内，该功率放大器的工作电压为50 V,工作脉宽为100μs,在占空比10%、输入功率10 dBm的工作条件下，带内输出功率大于1 000 W,功率附加效率约为60%～69%,功率增益大于50 dB,功放体积为46 mm×30 mm×6 mm。     

米波功率放大器模块的小型化设计和研制

介绍了一种VHF功率放大器模块的小型化设计方法.为了解决设计中实现电性能指标所需电路多与功放模块体积小和功放模块的功率耗散大与模块盒体有效散热面积小这两个主要矛盾,采用了独特的腔体结构、简单的电源调制技术和传输线变压器宽带匹配技术.研制出的模块工作频率为220～270 MHz,增益50 dB,输出脉冲功率170 W,工作脉宽1 ms,占空比11%,体积为50 mm×40 mm×16 mm.该功率放大模块的研制成功为系统的小型化创造了一定条件.     

高增益S波段小型化200 W功率模块研制技术

采用多级射频放大电路以及高压脉冲调制技术,实现了S波段高增益小型化200 W功率模块的研制。驱动放大电路采用GaAs功率单片进行功率合成;末级放大电路依托栅长(0.5 μm) GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)芯片,选取多子胞结构来改善热分布,通过内匹配技术设计完成了双胞总栅宽24 mm GaN芯片的匹配网络,并设计高压脉冲调制电路提供电源,成功研制出了小型化的S波段200 W内匹配GaN功率模块。测试得出该模块实现了在输入功率10 dBm,栅极电压-5 V,漏极电压32 V,TTL调制信号输入条件下,输出频率在3.1~3.5 GHz处,输出功率大于200 W,功率附加效率(PAE)大于55%。模块实际尺寸为2.4 mm×38 mm×5.5 mm。     

S波段小型化高增益集成功放设计

介绍了一种S波段小型化集成功放模块的设计方法。该模块采用GaAs和硅功率芯片,通过内匹配混合集成电路技术,将两级芯片集成到金属密封管壳中。实测结果表明,在脉宽200μs,占空比10%的测试条件下,3.1～3.4GHz全带内功率放大器输出功率能达到60W,36V电源效率大于35%,模块尺寸仅为26.5mm×15.0mm×5.0mm。     

基于三维集成技术的Ku波段四通道T/R模块

基于三维集成技术研制了一款适用于表面贴装技术的Ku波段四通道T/R模块.模块内部设计成两层层叠结构,层间使用球栅阵列实现互连,仿真分析模块微波垂直互连结构、腔体谐振和散热模型,实现模块的小型化.模块集成了数控移相、数控衰减和串并转换等功能,由幅相控制多功能芯片、开关功率放大器芯片、限幅低噪声放大器和控制芯片构成.测试结果显示,在Ku波段内,单路发射通道饱和输出功率大于30 dBm,接收通道增益大于20 dB,噪声系数小于3.5 dB,模块尺寸为16 mm×16 mm×2.5 mm.     

基于GaN HEMT器件的P波段小型化40 W发射模块

氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)器件具有高功率和功率密度、高导热率、高击穿场强、宽工作频带等特点,适合小型化、宽频带、大功率应用.基于GaN功率器件的特点研制了P波段宽带小型化40 W发射模块.通过负载牵引技术对GaN HEMT器件进行了大信号参数的提取,运用ADS软件进行了匹配电路的设计,对功率放大器的性能指标进行了优化,并基于LTC4440和nMOS器件设计了高压脉冲调制电路.研制结果表明,该模块在400 MHz工作带宽内(相对带宽100％)的输出功率为46.6 dBm (45.7 W),功率增益为36.6 dB,功率附加效率(PAE)为40.4％,杂波抑制为65.7 dBc,脉冲项降为0.4 dB,脉冲上升时间为75 ns,脉冲下降时间为50 ns,模块尺寸为50 mm×40 mm×20 mm.     

一种采用印制线巴伦技术的1kW高功率放大器

介绍了一种P波段1kW微波脉冲功率放大器.功率合成方式采用印制线巴伦,从理论上简单地分析了这种印制线巴伦功率合成技术,阐述了印制线巴伦的应用,并将其实用化.功率器件采用的是具有高增益特性的功率LDMOS器件,实现了该放大器的高增益设计.这种放大器有效地降低了高功率、高增益放大器的尺寸和成本,功放功率大于900 W,增益大于20 dB,尺寸≤222 mm×82 mm×20 mm.     

6 ~ 18GHz 小型化低噪声放大器的设计

选用FUJITSU公司的GaAs HEMT管芯FHX13X,采用负反馈技术设计制作了一个小型化宽频带超低噪声放大器。利用ADS软件进行设计、优化和仿真,采用电阻负反馈改善电路频响特性,实现较好的输入输出匹配特性,同时引入电抗元件补偿管芯高频增益的下降,实现较好的动态特性。采用三级放大的电路结构形式实现了工作频率在6GHz～18GHz内,增益大于30dB,噪声系数小于1.5dB,1dB压缩点输出功率大于10dBm,带内平坦度为±2.0dB,输入输出驻波比<2。放大器的外形尺寸仅为10.9mm×9.8mm×2.7mm。     

C波段高效率小型化GaN 150W功率放大器载片设计

介绍了一种C波段高效率GaN功率放大器的设计流程。该功率放大器为满足小型化尺寸要求,采用高介电常数的钛酸锆陶瓷实现功分器匹配电路,通过无源集总元件(integrated passive device,IPD)技术,创新性地将栅极匹配电容和二次谐波匹配网络集成在同一芯片尺寸内,采用Lange电桥合成构成平衡结构的小型化功率放大器载片。整个功率放大器在15.0 mm×9.2 mm×2.0 mm的载体内实现。测试结果显示,在工作电压36 V、输入功率40 dBm、脉宽1 ms、占空比30%条件下,4.4 GHz~5.0 GHz频带内饱和输出功率在145~166 W,功率增益在10~10.6 dB,功率附加效率大于56%,最高功率附加效率达到59.3%。     

基于IFM的小型化线性射频放大器设计

采用六级VMMK-2503高线性度增益方块级联,插入增益均衡与带通滤波模块,设计了一款小型化线性射频放大器,在5.8～8 GHz频带内,其小信号增益达70 dB,增益平坦度小于±1 dB,输入输出驻波比等技术指标优良。由于VMMK-2503采用晶片级封装技术与内匹配设计,电路设计简单,缩短了研发周期,降低了设计成本,提高了技术指标,有利于射频电路的小型化与集成化,放大器电路尺寸仅为92 mm×9 mm×1.2 mm。并对其进行了模块电磁兼容设计,以提高组件稳定性,最终满足用户要求,已成功用于某型号瞬时测频接收机中。     

W波段集成化收发组件设计北大核心CSCD

基于混合微波集成电路技术(HMIC)设计了一种W波段小型化高频收发组件。该收发组件由固态发射机、环形器和接收机三部分组成。发射支路输入信号经过倍频放大后进入二选一开关,输出到天线自检口或经由环形器输出。为了实现高输出功率,该组件采用功率合成的设计思想,通过3 dB波导桥结构实现对两路功放的合成,解决了单个单片功率放大器的输出功率有限的问题。所设计的收发组件整体尺寸为125 mm×90 mm×26.5 mm。实测结果表明,在90~96 GHz工作频带范围内,遥测电压4.23 V。该收发组件的发射部分输出功率范围为33.6~35.4 dBm,开关隔离度大于110 dB;接收部分增益范围为30.2~33 dB,噪声系数小于6.5 dB。该组件具备良好的射频性能,同时实现了高集成度、大功率、高增益、高隔离度的要求。     

基于一体化封装的小型化设计与实现

以一个幅度调制器模块的小型化需求为例,基于一体化封装技术,设计构造出一种小型化封装结构,并详细介绍了该结构的外形特点与材料特性。利用这种封装结构对原模块电路进行小型化设计,外形尺寸可由91 mm×28 mm×8.5 mm减小为20 mm×15 mm×7.6 mm,平面布版面积缩小约88%。利用多芯片组装(MCM)和表面组装(SMT)工艺,组装实现了小型化电路,实测其电参数指标与原电路基本一致,成功达到了小型化目的。     

C波段高集成高功率GaN T/R模块研究

采用ADS软件仿真设计了一种基于GaAs小信号单片微波集成电路(MMIC)、GaN大功率MMIC和多层复合介质板的C波段小型化发射/接收(T/R)模块,实现了微波信号的放大、收发控制、数字幅相控制及+28 V高压电源调制的一体化,具有小体积、轻量化、低噪声、高功率、高效率等特点.TR模块尺寸为33 mm×65 mm×10 mm,在C波段实现指标为:发射功率50 W,功率附加效率28％,接收增益37 dB,噪声系数3 dB.     

PAE>30%的小型可靠70WX波段功率组件

推《1996IEEEMTT－SInt．MWSymp．Dig．》报道，得克萨斯仪器公司的JamesSweder等设计、开发出一种结构简单、易于在微波自动化工厂进行批量生产的小型X波段固态功率组件。该组件由6个高可靠12W的HFETMMIC功率放大器组成，尺寸为63．5mm×28mm×5.08mm，性能如表1所示。在9．5－9．9GHz下，组件的功率大于70W，功率附加效率（PAE）大于30％，最高点功率超过77W，相关的功率附加效率大于31％，最小增益大于13dB。PAE>30%的小型可靠70WX波段功率组件@曲兰欣…     

新型三维立体集成接收模块设计与实现

讨论了不同种三维集成技术设计方法,利用LGA结构方式设计上下基板间垂直互连,通过垂直过孔与地平面之间寄生参数的优化,达到高频宽带匹配。设计两通道X波段接收模块,将上述垂直互连结构运用到该模块结构设计中,减小模块体积。该接收模块接收增益大于31dB,噪声系数小于3.5dB,移相精度小于4°,体积仅为24mm×15mm×8mm,封装效率达到100%。     

基于混合集成的高增益光接收模块北大核心

针对光载无线通信(RoF)系统对高增益、小型化光接收模块(ROSA)的需求,基于混合集成技术,设计并制作了一种高增益的四通道ROSA器件,尺寸为20.0 mm×14.0 mm×5.9 mm。模块内集成了低噪声放大器(LNA)芯片以提高射频信号增益,建立了射频信号传输电路,并对器件特性进行了仿真分析。经测试,器件的射频信号增益达14 dB,-3 dB带宽为23 GHz,在1550 nm波长的入射光下,器件的响应度为0.81 A/W,相邻信道之间的射频信号串扰小于-40 dB。该模块对于减小RoF系统的体积和功耗具有重要意义。     

X波段小型封装GaN功率放大器设计

基于GaN功率放大器模块化、小型化的发展需求,设计了一款X波段小型管壳封装的功率放大器。通过合理排布电路结构,实现了封装尺寸的小型化。由于器件功率密度不断提升,散热问题不容忽视,通过对不同材料的管壳底座进行热仿真分析,模拟芯片的温度分布,根据仿真结果选定底座材料为钼铜Mo70Cu30,利用红外热成像仪测试芯片结温为107.83℃,满足I级降额要求。最终设计的功率放大器尺寸为18.03 mm×8.70 mm×3.03 mm,在28 V工作电压脉冲测试条件下,9.3～9.5 GHz频带内饱和输出功率大于46 d Bm,功率附加效率大于36%,功率增益大于24.5 d B,电性能测试结果全部满足技术指标要求。