波峰型低损耗负群时延微波电路研究

本文提出了一种波峰形状的低损耗微波负群时延微带电路,该电路主要由四条相同的微带传输线,两条相同的耦合微带线以及T形连接器组成.依据等效电路拓扑结构,基于微波电路理论推导出电路的S参数模型以及负群时延公式.利用ADS仿真软件对电路结构进行优化,并进行了实物的加工与测试.测试结果表明:在中心频率1.017 GHz时,电路的最大群时延为-2.46 ns,插入损耗为-2.1 dB以及反射损耗为-13 dB.实测结果与仿真结果以及理论模型结果具有很好的一致性.     

Ka频段矩形波导——微带转换结构

提出了一种波导到微带过渡结构的同轴探针过渡。该结构具有结构紧凑、频带宽、密封性好等优点,可以满足实际工程中对矩形波导输入口不同极化方向的要求,其波导输出端口以同轴探针为中心任意角度旋转,为射频系统工程师提供更灵活的设计方案。利用Advanced Design System(ADS)对提取电路进行了电路仿真,并与CST Microwave Studio(CST)场仿真结果进行了对比,证明了电路提取的正确性。设计加工了一对背靠背的电路进行测试,在28.8～40 GHz频段内插入损耗小于2.28 dB,回波损耗大于7.8 dB。     

基于传输线balun的低频Wilkinson功分器设计

功分器合路器作为VHF/UHF频段射频发射机系统中的关键部件,成为学术界以及产业界重点研究的对象。首先介绍加载有铁氧体磁芯的同轴线的等效模型,然后利用该模型设计1款工作在200～1 000 MHz的等分型Wilkinson功分器,仿真结果表明:在200～1 000MHz频率范围内,最大插损为-3.364dB,隔离度≤-8dB,输出端口相位变化情况基本一致,S11在整个频段内回波损耗均-15dB,S22和S33在整个频段内回波损耗均-8.5dB。该功分器显著地提升低频Wilkinson功分器的工作带宽。     

基于双模环形谐振器的双频带滤波器设计

为实现无线通信领域对滤波器的小型化要求,基于微带平面结构易于集成的特点,设计了一款应用于无线局域网(WLAN)的双频带微波滤波器,其中心频率为2.4/5.2 GHz.首先,利用矩形环形微带谐振器自身存在的两个模态相互耦合形成通带,以缩小滤波器体积,并且在通带两边各形成一个零点,以提高滤波器的选择性.然后,对矩形环形谐振器进行压缩,以进一步缩小滤波器体积.最后,采用IE3D仿真软件对所设计滤波器的性能进行仿真测试.实验结果显示:在2.4/5.2 GHz时,滤波器通带内的插入损耗分别为-3.0 dB和-2.5 dB,回波损耗均小于-15 dB,且整个电路尺寸为18 mm ×18 mm.这表明,该方案设计的滤波器达到了性能指标,且实现了小型化.     

无螺旋电感的小面积SiGe HBT宽带低噪声放大器

设计了一款无螺旋电感的1~6 GHz频段的小面积高性能SiGe HBT宽带低噪声放大器(wideband low noise amplifier,WLNA).采用具有优良阻抗匹配特性的共基放大器作为输入级,并采用噪声抵消技术抵消其噪声达到输入噪声匹配;共射放大器作为输出级,有源电感替代螺旋电感实现电感峰化技术来扩展频带宽度、提高增益的平坦度.基于Jazz 0.35μm SiGe BiCMOS工艺,完成了版图设计,WLNA的版图尺寸仅为105μm×115μm,与使用螺旋电感的WLNA相比,芯片面积大大减小.利用安捷伦公司的射频/微波集成电路仿真工具ADS进行了验证.结果表明:该WLNA在1~6 GHz频段内,S21>16 dB,NF<3.5 dB,S11<-10 dB,S22<-10 dB.对于设计应用于射频前端的小面积、低成本、高性能的单片WLNA具有一定的指导意义.     

0.18 μm CMOS高效高增益功率放大器设计

在自偏置A类共源共栅射频功率放大电路拓扑基础上,基于SMIC 0.18 μm CMOS工艺设计了两级自偏置A类射频功率放大器电路.该射频功率放大器电路采用两级共源共栅结构,在共栅MOS管上采用自偏置.采用Cadence公司的SpectreRF工具对电路进行仿真与优化.设计与优化结果表明,在2.4GHz频率下,输出功率为20.3dBm,功率附加效率为49％,功率增益达到32dB.     

一种高线性度宽带可编程增益放大器设计

基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,设计一款应用于软件无线电射频收发系统的高线性度宽带可编程增益放大器。采用闭环负反馈结构,通过差分运算放大器电路以及选通无源电阻电容网络实现增益dB线性可调,添加负电容电路扩展带宽,满足高线性度要求。同时,添加具有四阶巴特沃斯滤波器的直流漂移抑制电路抑制直流偏移。仿真结果表明,该可编程增益放大器在1.8V电源电压下,工作电流为7mA,增益动态范围为-11~20dB,步长为1dB,工作带宽为0~100MHz,输出1dB压缩点为14.8dBm,噪声系数为23dB。能够满足软件无线电射频收发系统的指标需求。     

0~21 GHz高精度宽带硅基数字衰减器设计

针对射频前端收发系统中衰减结构宽带性能不稳定的问题,提出具有双重电容补偿的新型开关内嵌式衰减结构。该结构基于容性校正网络,在节约核心电路面积的同时通过调节零、极点对频率响应的影响,达到拓展衰减单元工作频带的目的,以满足跨频段、宽频域射频通信收发前端的设计需求. 基于HHNEC 0.18 μm SiGe BiCMOS工艺,采用新型电容补偿结构设计6位步进式数字衰减电路,该衰减器通过6位数控开关实现64种衰减状态,衰减步进0.5 dB,衰减范围0~31.5 dB. 仿真结果表明,在0~21 GHz工作频带内衰减误差均方根小于0.23 dB,附加相移均方根小于4.38°,插入损耗最大为?11.05 dB,最小为?4 dB,中心频率处1 dB压缩点17.3 dBm,核心电路版图面积0.86 mm×0.2 mm.     

一种衬底驱动的0.5V全差分运算放大器

为了满足当今对低压低功耗电路的需求,设计了一种工作在0.5V电源电压环境的全差分运算放大器．电路使用了由衬底驱动的输入级和工作在亚阈值区的输出级,并利用交叉耦合输入晶体管的结构产生负跨导来提高增益．采用0.18μm的CMOS工艺,阈值电压约为0.5V的器件模型．Hspice仿真结果表明:直流增益为60dB,单位增益带宽为5.4MHz,功耗为138μW．     

S波段宽带微波固态功率放大器的设计

微波功率放大器是发射机的重要组件,它的设计成了微波发射系统的关键.文中使用ADS仿真软件对一款功率放大器进行电路设计和仿真,根据晶体管的小信号S参数和I-V曲线,对功率管的输入、输出阻抗匹配电路及其偏置电路进行优化设计,使其性能达到设计要求.在2～2.5GHz的频段内,对输入功率为0dBm射频信号,使用功放模块可以输出40dBm的射频信号,带内波动≤±1.5dB.     

1900MHz电阻型混频器的设计与实现

利用双极性三极管的输出特性,设计了一个主要应用于1900MHz无线通信中的L波段电阻型混频器,并用ADS进行了S参数和谐波平衡仿真,取得变频增益为10.2dB,射频-本振隔离度为27.31dB较好的仿真结果.而电路经过最后调试,测试结果为变频增益为8.77dB与仿真结果10.2dB比较接近.     

带有源偏置的系统级封装低噪声放大器模块

针对近年来快速发展的多模卫星组合导航技术需求,提出覆盖主流全球卫星导航系统(GNSS)频段(包括GPS、GLONASS、伽利略、北斗)的低噪声放大器模块.该低噪声放大器模块采用SIP封装技术,在一个3 mm×3mm×1mm的塑料封装内集成了低噪声放大器芯片及输入输出匹配电路等片外电路,封装外无需额外分立元件.低噪声放大器芯片采用低噪声的0.25μm GaAs pHEMT工艺流片.在芯片设计中,提出新型的有源偏置电路,可以抵御电源电压和环境温度的波动,使该低噪声放大器模块能够在复杂的环境中稳定工作.测试结果表明,该低噪声放大器模块在工作频段内噪声系数约为0.65dB,增益可达20dB,输入输出回波损耗小于-10dB,中心频率输入三阶互调阻断点为0.6dBm,电源电压为3.3V,功耗为15mW.     

使用DGS结构的宽带Wilkinson功分器设计

功分器作为射频微波电路中常用的无源器件,一直以来都得到广泛的应用。首先介绍缺陷地结构,并对缺陷地模型进行理论分析,然后基于缺陷地结构设计1种工作在18～40GHz频率范围内的渐变线的宽带Wilkinson功分器,仿真结果表明:在18～40GHz频率范围内,最大插损为-3.15dB,隔离度≤-10dB,输出端口相位变化情况基本一致,S11在整个频段内回波损耗均-18dB,S22和S33在整个频段内回波损耗均-14dB。该基于缺陷地的Wilkinson功分器显著地提升Wilkinson功分器的工作带宽。     

用于WCDMA新型发夹型带通滤波器的仿真

针对广泛应用于宽带码分多址（WCDMA）中带通滤波器体积大且性能低的问题,提出一种新型交叉宽面耦合-发夹型多层微带线带通滤波器。分析了发夹型谐振器不同耦合结构组成的滤波器,并用Momentum矩量法仿真其3D模型。仿真结果表明,新型滤波器拥有较好的通带和阻带特性,通带内插入损耗低于0.33 dB,回波损耗低于-21.710 dB,其中心频率及附近达到-50.973 dB,阻带衰减低于-80 dB;采用多层微带线结构,体积减小约1/3;引入交叉耦合,在低频阻带内产生2个传输零点,矩形系数减小,频率选择性优越;电路加工精度较易满足。     

低功耗2.45GHz射频识别模拟前端

采用台湾积体电路制造股份有限公司的0.18μm互补金属氧化物半导体混合信号工艺,设计出一种应用于2.45GHz的射频识别模拟前端芯片,并对射频识别芯片前端电路的关键性模块进行分析和改进,提出一种运用负温度系数电阻构成的带隙基准电路和一种运用延时电路来消除脉冲干扰的复位电路。仿真结果表明,所设计的射频前端芯片能够满足ISO 18000-4协议所提出的系统要求并且整体电路功耗小于1.5μW。     

一种低功耗CMOS并行双频低噪声放大器

基于SMIC 0.18μm 1P6M CMOS工艺,设计实现了一种低功耗单端输入转差分输出的并行双频低噪声放大器。采用带有源级电感负反馈的共源共栅结构,在功耗限制下在双频段对输入阻抗和噪声性能同时进行优化,实现并行接收,并具有单端输入转差分输出的功能。该低噪声放大器核心电路尺寸为450μm×350μm。仿真表明,低噪声放大器(LNA)在1.227GHz和1.575GHz工作频率处的输入回波损耗分别为-11.61dB和-12dB,功率增益分别为14.67dB和12.68dB,噪声系数分别为2.3dB和2.53dB,输入l dB压缩点分别为-18.5dBm和-14.5dBm。在1.8V电源电压下,功耗仅为8.4mW,可用于航空航天领域的电子系统中。     

高性能溅散板馈源天线分析与设计

为提升微波接力与点对点通信系统的传输距离及抗干扰能力,文中设计了一款口径为0.3m,中心频率为15GHz的高性能溅散板馈源天线．通过采取对溅散板馈源介质支撑镜和副反射面赋形的方法,实现馈源E面和H面的方向图在主反射面照射角范围内等化,在照射角范围外迅速滚降; 然后,通过优化介质匹配塞完成天线的阻抗匹配;最后,对所设计的天线模型进行样件加工并测试．测试结果表明,该天线中心频点的增益达到32.43dBi,最大旁瓣电平抑制在-21.89dB,E面和H面的前后比均达到59.57dB．仿真与实测结果吻合良好,设计方法行之有效．     

一种新型宽带圆极化微带天线的设计

该文设计了一种新型宽带圆极化微带天线。该天线采用微带线进行馈电,在地板圆形开槽内加载一对矩形和椭圆组成的径向微扰枝节来获得圆极化,并切去一对圆弧形槽以降低圆极化的中心频率。借助仿真软件HFSS对天线结构参数进行优化设计,并制作实物。仿真与测试结果表明：回波损耗小于-10dB的阻抗带宽为12．5％,且在此频段内轴比均小于2dB。     

基于GaAs电感模型的微波功率放大器

基于0.15μm砷化镓(GaAs)工艺建立一种电感模型,并用高频结构模拟器(High Frequency Structure Simulator,HFSS)仿真验证,并在此基础上设计一种微波功率放大器,并用高级系统设计软件(Advanced Design System,ADS)进行仿真。仿真结果显示在8¹2GHz频率范围内,饱和输出功率大于21.9dBm,1dB压缩点输出功率大于20dBm,功率增益大于26dB,功率附加效率大于34%,稳定系数大于1。     

基于GaAs pHEMT工艺的L波段高线性度混频器

采用0.25μm GaAs pHEMT工艺设计了一款L波段无源高线性度混频器。混频器由片上无源巴伦、本振驱动放大器及无源双平衡混频器核心组成,芯片尺寸为3.1 mm×2.1 mm×0.1 mm。测试结果表明,本振输入频率为800～1 000 MHz,射频输入频率为960～1 080 MHz时,相应的中频输出频率为0.1～250.0 MHz,变频损耗为9.5 dB,输入1 dB压缩点为19 dBm,功耗为0.24 W,单边带噪声系数小于11 dB,3个端口之间的隔离度都在33 dBc以上。