10-26GHz CMOS六位数控衰减器设计与实现

为了使衰减器更好的适应相控阵系统对高集成度波束赋形电路的应用需求。基于55nm CMOS工艺,设计了一款具有低插入损耗、低附加相移特性的六位数控衰减器,该数控衰减器采用桥T和π型衰减结构级联而成,在10-26 GHz频率范围内实现步进为0.5dB、动态范围为0-31.5 dB的信号幅度衰减。为减小插入损耗,NMOS开关采用悬浮栅和悬浮衬底连接方式,同时采用了电容补偿网络和电感补偿以有效降低附加相移。仿真结果表明,在10-26GHz的频带范围内,该数控衰减器的插入损耗小于-7dB,输入/输出回波小于-10dB,附加相移小于±3°,所有衰减态的衰减误差均方根小于0.8dB,芯片的核心电路面积为0.36 mm×0.16 mm。     

ka频段片式一体化发射组件的设计与实现

介绍了一种ka频段片式一体化发射组件的研制方法和关键技术。为满足一体化片式组件小型化且工作频率高的要求,提出了一种集成天线辐射单元与射频模块三维垂直互联的方法,同时结合多功能芯片 (MFC)技术、多芯片组装(MCM)技术实现组件高密度集成。研制的一体化组件尺寸为48 mm×48 mm×6.3 mm、质量不超过100g,集成16个发射通道,每个通道包含6位数控移相器和5位数控衰减器。该组件集成度高、较传统组件在尺寸和重量上具有较大的优势。     

毫米波CQFN外壳地孔设计与优化

基于高温共烧陶瓷（HTCC）工艺，介绍了一款封装尺寸为7 mm×7 mm×1.2 mm的四侧无引线扁平陶瓷（CQFN）型外壳，以满足毫米波微波器件封装的小型化需求。就如何解决陶瓷外壳高频信号传输时电磁泄漏问题，利用仿真软件分别从信号传输的不同方向对屏蔽地孔作了设计与优化。通过仿真对比，对不同区域的地孔与电磁信号的屏蔽关系进行了论述和总结。结果显示，外壳传输端口可覆盖0.1 GHz～40 GHz的宽频率范围，其插入损耗≤0.65 dB，电压驻波比≤1.50。     

基于三维集成的小型化Ku波段收发组件

基于硅基三维集成模块和印制板(Printed Circuit Board,PCB)混压工艺，设计了一种小型化Ku波段收发组件，并对其原理方案和具体实现进行了介绍。该收发组件整体电路采用三维集成架构实现，射频及中频芯片和其外围电路集成于硅基三维集成模块中，外部电路板采用射频与低频混压印制板，模块和印制板通过球栅阵列(Ball Grid Array, BGA)互联。通过对信号过渡结构进行优化设计，降低了信号传输损耗，提升了通道间隔离度。电路测试表明，组件在工作频带内满足通道间幅度一致性、带内平坦度、噪声系数等指标要求，且符合组件小型化、高集成度、高一致性、高可生产性的现实需求。     

基于奇偶模分析法的微波带状线定向耦合器设计

基于奇偶模分析法分析了从一节至多节的耦合器设计公式,并以此设计了1 ～2 GHz的多节交错级联3 dB带状线定向耦合器.采用HFSS对所建立的耦合器模型进行了仿真.仿真结果表明,该带状线耦合器在通带内的传输损耗、反射系数、输出隔离度均在-20 dB以下,直通耦合平坦度在±0.4 dB以内,输入输出驻波比小于1.2.该方法为同类宽带强耦合度的耦合器的研究提供了一定的参考价值.     

一种微波附件组合的设计与实现

在综合测试与诊断领域,随着被测系统复杂性的提高,对测试系统准确度要求进一步提高。文中设计实现了一种微波附件组合,主要由微波开关、衰减器、功率放大器和电源组成。该设备实现了各项技术指标要求,其中微波开关的驻波比在DC-1GHz时不大于1.3,在1GHz-18GHz时不大于1.5;衰减器的衰减量是40dB,精度是±3.5dB,驻波比不大于1.6;功率放大器的频率范围在0.9GHz～1.3GHz范围之内,输出功率不小于5W。该微波附件组合结合信号源、频谱仪、功率计及各类模拟器等射频仪器资源来实现射频测量通道的资源扩展、大功率信号的衰减调理、微波功率合成等功能。以满足被测试对象飞机系统中的微波射频系统、部件等微波信号性能测试的测试需求。     

三模混合集成小型化滤波器设计

提出了一种基于LC串联单元的三模混合集成小型化滤波器电路拓扑。该电路拓扑具有对称性,主体由4个LC串联单元所构成的“星型”结构组成,能够通过对其并联于地的LC串联单元中元件参数的调节实现对滤波器双零点的自由调节。基于奇偶模分析方法,给出了所提出滤波器拓扑的综合设计方法,并采用基于商业化硅基表贴电容的低成本混合集成技术研制一款具有明显小型化特性的三模多零点带通滤波器。所研制的滤波器仿真与测试结果吻合良好,其中心频率为2.6 GHz,3 dB带宽为1.34 GHz,插入损耗典型值为1.6 dB,能够在4～12 GHz的频带范围内实现30 dB的抑制能力,其面积尺寸为3.2 mm×1.9 mm(0.03λ0×0.02λ0)。     

基于多层板的多功能组件微波互联技术研究

为了解决多芯片组件高密度互联的难点,设计了一种基于复合多层板工艺的板间微波互联结构。优化后的多层互联结构在10 GHz～20 GHz范围内只比直通微带的插损大0.1 dB,驻波比大0.3;而在30 GHz～40 GHz范围内只比直通微带的插损大0.3 dB,驻波比大0.4,具备良好的微波特性。该多层互连结构具有工艺简单、成本低廉的优势,可以很好地解决组件高密度互联问题。     

GaAs基双相压控衰减器MMIC设计

基于0.25μm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管工艺,设计一款工作在13～16 GHz的双相压控衰减器。电路采用平衡式结构,以获得小的输入、输出回波损耗;衰减器部分采用T型衰减结构和π型衰减结构级联的方式;并联支路采用多栅开关管串联的形式,减小寄生,提高线性度。仿真结果表明,所设计的压控衰减器在工作频带(13～16 GHz)内,输入、输出回波损耗小于-14 dB,插入损耗为-12. 5 dB,衰减范围达到20 dB以上,输入1 dB压缩点大于30 dBm,芯片尺寸为1. 8 mm×1. 2 mm。     

一种宽频带复合天线设计

针对多系统载体天线数量多的问题,提出了一种基于印刷振子结构的宽频带共口径复合天线设计方法;通过两种不同形式的印刷偶极子进行共口径设计：采用平面印刷偶极子结构完成宽带高增益线极化天线,通过宽带定向耦合器实现了天线和差方向图辐射;采用十字印刷偶极子实现低增益天线的圆极化辐射;两种天线单元印刷在同一微波介质上,通过优化天线单元布局,相对位置关系和增加金属隔离环等措施,降低天线之间的相互影响,实现共口径复合天线性能满足工程应用要求;加工了天线样机,测试结果表明线极化天线在工作频带1.2～1.8 GHz范围内和差通道电压驻波比小于1.8,和通道增益大于13.5 dBi,方位差波束零值深度小于-25 dB,圆极化天线在工作频带1.2～1.8 GHz范围内电压驻波比小于1.6,增益大于6.5 dBi,轴比小于2.5 dB,与计算结果基本一致;复合天线可以满足多种无线通信系统的需求,减少了天线数量,有效节省载体平台空间,同时具有结构简单紧凑、剖面低、易于工程实现等特点,具有广阔的应用前景。     

北斗宽波束“U”型槽双频微带天线的设计

基于北斗导航系统的实际通信需求,要求接收天线具有多频带、宽波束、小型化等特点,为此选定设计一款矩形贴片微带天线。结合微带天线的双频圆极化理论,采用同轴线的馈电方法,设计了一款在贴片上开“U”型槽的双频微带天线,使微带天线可以同时工作在北斗B2频段（1210±10MHz）和B3频段（1268±10MHz）,实现了微带天线的双频化,而且减小了天线尺寸。通过HFSS对该天线进行了仿真和参数优化,结果表明,天线回波损耗S11小于-20dB;天线增益大于3dB;双频内的轴比小于6dB;具有较宽的波束,较好的圆极化性能,较小的尺寸,可达到设计要求;而且,电路的设计方法简单,制作工艺简单,可为实际的应用提供参考。     

平衡功率放大器的设计与实现

设计了一个工作频段为902MHz～928MHz、输出功率为32dBm、应用于读卡器系统的末级功率放大器。为了在工作频段内实现平坦的功率增益并获得良好的输入、输出驻波比,本功率放大器采用平衡放大技术设计。仿真优化和实际测试表明,在整个工作频段内放大器的增益平坦度小于±0.5dB,输入、输出驻波比小于1.5,完全满足设计指标要求。     

宽频带缝隙馈电双层贴片微带天线设计

采用矩形谐振缝隙耦合馈电的方式,在辐射贴片的上方引入寄生矩形谐振器,地板下方四分之一波长处放置反射面,两辐射贴片之间使用多层低介电常数的泡沫介质基板,设计了一款宽频带微带天线。该天线不仅频带宽,后向辐射小,而且结构简单,便于阵列集成。仿真结果表明:在电压驻波比(VSWR)小于等于2时,该天线的阻抗带宽度达到了中心频率的58.42%;在5.12~8.98 GHz的频率范围内,天线的增益大于7.1 dB,回波损耗小于-10 dB。     

一种基于LTCC技术的新型Marchand巴伦滤波器

设计了基于Marchand巴伦结构的小型化分布参数式巴伦滤波器。该巴伦滤波器基于低温共烧陶瓷(LTCC)技术,充分利用该技术的多层优势,通过LTCC多层布线的实现方式缩小巴伦滤波器的体积。该巴伦滤波器的结构采用了螺旋线宽边耦合带状线结构(SBCS),同时采用独特的螺旋交叉堆叠结构,有效减少了巴伦滤波器的体积。设计的巴伦滤波器采用相对介电常数为9.8的介质材料,其尺寸仅为2.0 mm×1.25 mm×0.95 mm,在1.805 GHz～2.17 GHz范围内回波损耗小于-12 dB,幅度不平衡度小于±1.2 dB,相位不平衡度小于±10°,完全能够满足当今通信设备小型化的需求。     

采用新型电流舵结构的增益可调UWBLNA

基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,设计了一款工作在3 GHz⁵ GHz频段的增益可调超宽带低噪声放大器(LNA)。LNA输入级采用局部反馈的共栅结构,实现了超宽带输入匹配和良好的噪声性能;放大电路级采用提出的新型电流舵结构,实现了放大器增益连续可调;输出级采用源极跟随器,获得了良好的输出匹配。利用ADS2009进行仿真验证,结果表明,在3 GHz5 GHz频段的增益可调超宽带低噪声放大器(LNA)。LNA输入级采用局部反馈的共栅结构,实现了超宽带输入匹配和良好的噪声性能;放大电路级采用提出的新型电流舵结构,实现了放大器增益连续可调;输出级采用源极跟随器,获得了良好的输出匹配。利用ADS2009进行仿真验证,结果表明,在3 GHz⁵ GHz工作频段内,LNA获得了25 dB的增益可调范围,最高增益达到24 dB,输入端口反射系数小于-11 dB,输出端口反射系数小于-14 dB,最小噪声系数为2.3 dB,三阶交调点(IIP3)为4 dBm,在1.2 V电压下,电路功耗仅为8.8 mW。     

GIS局部放电检测的有源外置UHF传感器设计

针对传统无源外置局部放电超高频﹙UHF﹚传感器频带窄、增益低、容易引入噪声的问题,研究并设计了基于有源集成天线﹙AIA﹚技术的有源外置传感器。传感器通过宽频带天线接收局部放电产生的电磁波信号,在天线介质板上直接由有源对数检波器放大信号进行包络检波,省去了传统设计中的平衡不平衡转换与射频传输线,降低天线前端的匹配损耗,改善传感器的频带、噪声和增益。测试结果表明:传感器中心频率为900 MHz,驻波比小于2的频带为730 MHz~1.05 GHz,传感器输出信号峰值为5 V,频率为2~10 MHz。该传感器抗干扰能力强,增益高,适合GIS局部放电的检测。     

GIS局部放电检测的有源外置UHF传感器设计

针对传统无源外置局部放电超高频(UHF)传感器频带窄、增益低、容易引入噪声的问题,研究并设计了基于有源集成天线(AIA)技术的有源外置传感器.传感器通过宽频带天线接收局部放电产生的电磁波信号,在天线介质板上直接由有源对数检波器放大信号进行包络检波,省去了传统设计中的平衡不平衡转换与射频传输线,降低天线前端的匹配损耗,改善传感器的频带、噪声和增益.测试结果表明:传感器中心频率为900 MHz,驻波比小于2的频带为730 MHz ～ 1.05 GHz,传感器输出信号峰值为5V,频率为2～10 MHz.该传感器抗干扰能力强,增益高,适合GIS局部放电的检测.     

一种新型负反馈超宽带低噪声放大器的设计与实现

随着超宽带技术的发展,系统设计对低噪声放大器的性能提出了越来越高的要求。针对宽带放大器增益平坦度低。匹配性差等问题,本文从负反馈理论着手,改进了负反馈网络。通过ADS软件的辅助设计,实现了30MH—1．35GHz频段下的低噪声放大器的设计。通过对各项电路参数的优化,实现了增益为17．7dB,增益平坦度小于dB,输入输出电压驻波比小于1．5,噪声系数小于2．6的技术指标。     

VHF／UHF波段有源分路器的设计与仿真

针对多种电视信号混合传输的需求,设计了1种小型化、宽频带、有源型电视信号分路器。该分路器覆盖有线电视的甚高频（VHF）波段和卫星电视的超高频（UHF）波段,带内波动小于1dB,端口驻波小于1．3,端口隔离大于20dB,非线性性能优良。给出了各部分的硬件电路的设计方法和电路仿真模型,提出了1种新的混合型带阻滤波器,综合利用反馈技术和电路补偿技术实现了分路器的高性能指标。     

原油含水率测量系统中螺旋天线的设计

针对目前我国原油含水率高的特点,对原油含水率的实时测量研究有着非常重要的研究意义.根据螺旋天线的基本原理设计了一款用于原油含水率测量的收发天线,该天线在2 ～3 GHz频段内,回波损耗(S11)均小于-10 dB,在2.45 GHz频点的传输损耗(S12)值为-11.3 dB,仿真增益达到11.4 dB.为了提高测试的精确度,对螺旋天线加了圆锥形的屏蔽罩,仿真结果均满足要求.进一步,根据仿真得到的天线参数制作了3款天线,每款天线的S11在带宽内均满足要求,并对任意两款天线进行S12的测量.测量结果表明,当距离为150 mm时,实测的其中两款S12值为12.1 dB,这与仿真的S12值相近,从而最终选定该组天线作为收发天线.