基于短波通信的射频前端电磁脉冲防护模块仿真与设计

随着通信系统面临的电磁工作环境越来越严峻,高功率容量、低插损、快响应时间的电磁脉冲防护模块对其射频前端电路的保护越发的重要起来.本文主要基于PIN二级管射频限幅的原理,构建了PIN二极管的时域等效电路模型,利用去嵌入阻抗场计算方法提取相应电路的S参数,优化设计匹配网络,并采用无源多级PIN二极管结构,设计了一个工作于0~200MHz,插入损耗小于0.15dB,驻波比小于1.4dB,响应时间小于1ns的短波通信电磁脉冲防护模块.结合PIN二极管时域等效电路模型,利用先进设计系统（Advanced Design System,ADS）仿真软件对电磁脉冲防护模块限幅性能进行仿真,并对加工出来的电磁脉冲防护模块进行了测试,结果验证了各项指标满足要求.     

从S波段到毫米波段的可重构功分器设计研究

为满足毫米波可重构通信系统需要,文中设计了毫米波可重构威尔金森功分器.首先在S波段设计了基于PIN二极管的可重构功分器电路和原型;然后在此基础上把原理外推到K/Ka频段,通过参数提取方法重点研究PIN二极管寄生参数的影响及其最佳匹配方式;最后设计了K/Ka频段的可重构功分器原型,并进行了仿真和测试.实测结果表明,K/Ka频段可重构功分器在工作带宽内,双路导通模式下端口1到传输端口（端口2和端口3）的插入损耗小于4.92 dB,传输端口之间的隔离度大于15.8 dB;单路导通模式下插入损耗小于1.65dB,端口1和隔离端口之间的隔离度大于22.4 dB,实测结果与仿真结果基本一致.使用场路联合仿真的方法基于PIN二极管设计可重构功分器,在K/Ka频段考虑寄生参数的影响,设计的可重构功分器模型准确、结构简单,适合可重构系统应用.     

基于SP4T开关的4位MEMS开关线式移相器设计

设计了一款4位MEMS开关线式移相器,由SP4TMEMS开关和微带传输线构成,工作于X波段。单刀四掷(single pole 4throw,SP4T)开关用于切换两条不同电长度的信号通道,即参考相位通道和延迟相位通道。每个SP4T开关包含4个悬臂梁接触式RF MEMS串联开关。介绍了4位MEMS开关线式移相器的总体设计,并给出了其关键部件SP4T开关和相位延迟线的设计细节。采用ADS软件仿真分析了器件的电气性能。仿真分析得到:SP4T开关在中心频率10GHz处的回波损耗为-36dB,插入损耗约为0.18dB;移相器各相位的回波损耗均低于-15dB,插入损耗为-0.8～-0.4dB。这种射频MEMS移相器具有小型化、低功耗和高隔离度的优点。     

8 kW高功率单刀四掷射频开关

介绍了pin二极管的工作原理,分析了大功率射频(RF)开关的主要参数及对应的设计方法,阐述了大功率射频开关设计过程中反向偏置电压的设计方法及安全性设计的考虑.运用ADS电路仿真软件对射频开关电路进行了仿真和优化,利用pin二极管的特性成功研制出了一款VHF波段8 kW高功率单刀四掷(SP4T)射频开关.研制出的SP4T开关控制电平为0～-1 000 V的差分信号,可承受峰值功率大于8 kW,平均功率大于1.5 kW,当脉宽为60 μs、占空比为25％时,插入损耗小于0.3dB,输入驻波比小于1.3∶1,开关隔离度大于55 dB,转换时间小于50 μs.     

基于Q-MMIC技术的W波段低成本PIN管开关（英文）

采用低成本方法设计了一款W波段单刀单掷开关.通过在单独加工的石英基片无源电路上安装倒装PIN管,获得了一款W波段准毫米波单片(Q-MMIC)开关.为了获得低损耗、高隔离度性能,开关设计中采用了3-D PIN管模型和电路补偿结构.测试结果表明开关在88 GHz时插入损耗最小,最小值为0.5 dB;在80~101 GHz频率范围内,开关导通时的插入损耗小于2 dB;在84~104 GHz频率范围内,开关隔离度大于30 dB.整个开关电路尺寸为1.5 mm×3.0 mm.     

低剖面极化可重构超表面天线

提出了一种低剖面极化可重构超表面天线. 天线由三部分组成:3×4金属矩形贴片阵列组成的超表面覆层、缝隙耦合天线和直流偏置控制电路. 电路包括8个PIN二极管开关组成的四对开关（PIN1,PIN2,PIN3和PIN4）和直流偏置线,通过控制上述四对PIN开关的工作状态,天线可以在线极化、左旋圆极化和右旋圆极化三种极化状态之间转换. 对天线样机进行了加工并给出了实测反射系数、实际增益、轴比和归一化辐射方向图,结果表明:天线在不同工作状态下的共享工作频带为4～5.4 GHz,?10 dB阻抗带宽为29.8%;3 dB轴比带宽为8.3%,从4.6～5 GHz;各状态下的实测增益相差不大,其平均增益都大于5 dBi. 仿真结果与实测结果吻合良好.     

微电流信号的高带宽调理技术及应用

为实现对电流型快响应探测器微弱信号的高速探测和处理,给出了一种微电流信号的高带宽调理方法.分析了几种PIN光电探测器输出信号的频带和幅度特征;以脉宽50ns、电流范围20nA~0.1mA的微电流信号为设计目标,给出了微电流信号的调理方法和设计分析,设计并实现了针对该目标信号的高带宽调理电路;进行了性能对比测试实验,通过与光电倍增管PMT9215B进行输出响应对比,结果表明该调理电路对脉宽40ns的脉冲信号响应良好,响应波形的上升沿和半高宽约10ns,调理电路的信号带宽约35MHz,信号调理的带宽和幅度达到了量化采样要求,验证了该方法的正确性和可行性;应用该调理电路进行了4×32 PIN二维阵列光电探测系统的设计实现,系统动态范围约56dB,时间响应特性良好.     

基于Q-MMIC技术的W波段低成本PIN管开关

采用低成本方法设计了一款W波段单刀单掷开关。通过在单独加工的石英基片无源电路上安装倒装PIN管,获得了一款W波段准毫米波单片（Q-MMIC）开关。为了获得低损耗、高隔离度性能,开关设计中采用了3-D PIN管模型和电路补偿结构。测试结果表明开关在88GHz时插入损耗最小,最小值为0.5dB;在80-101 GHz频率范围内,开关导通时的插入损耗小于2 dB;在84-104 GHz频率范围内,开关隔离度大于30 dB。整个开关电路尺寸为1.5 mm× 3.0 mm。     

可调微带矩形环带通滤波器

给出了一种可调微带矩形环带通滤波器的仿真和实验结果。在微带矩形环谐振器内加载折线路径,利用PIN管的导通断开状态获得不同的谐振长度,从而实现在2.5GHz和5.2GHz两个频段上带通滤波器的电控切换。PIN管开关正向导通时,在电路中等效于一个电阻,带通滤波器工作的中心频率为5.2GHz,带宽1.2GHz,插入损耗1.08dB;开关断开时,在电路中等效于一个电容,滤波器通带工作频率约为2.5GHz,带宽10MHz,插入损耗为1.99dB。     

一款航空VHF限幅器的设计与测试

为提高航空甚高频(VHF)通信设备的电磁防护能力,提出了一种基于PIN二极管的限幅器。采用先进设计系统(ADS)仿真研究了不同二极管级数对限幅器插入损耗以及限幅性能的影响,设计了一款由PIN对管并联结构、集总参数定向耦合器、整流电路与匹配电路相结合的半有源式限幅器,通过将部分干扰信号转变为直流的方式,为二极管提供偏置电压,降低限幅器的限幅电平。性能测试结果表明,在118～136 MHz的频率范围内,半有源式限幅器的插入损耗小于1 dB,输入输出端口的回波损耗大于20 dB,限幅电平小于7.5 dBm,功率容量大于25 dBm,实现了低插入损耗与高限幅性能。