MMIC芯片衰减器的设计与检测

本文提供了一种单片微波集成电路(MMIC)芯片衰减器,采用氮化钽薄膜作为电阻材料,利用嵌套掩膜刻蚀技术将芯片衰减器结构一层一层套刻在陶瓷基片上。主要研究了利用氮化钽薄膜电阻制作芯片衰减器的优点,结合HFSS仿真软件,建立3 dB和10 dB芯片衰减器的有限元模型,并对实物产品进行测试验证。试验结果表明:3 dB芯片衰减器在DC～20 GHz工作频率内有较好的衰减响应,回波损耗在整个宽频带内都小于-20 dB,衰减量偏差在DC～12 GHz工作频率内小于±0.3 dB。10 dB芯片衰减器在DC～20 GHz工作频率内也有较好的衰减响应,回波损耗在整个宽频带内都小于-19 dB,衰减量偏差在DC～12 GHz工作频率内小于±0.35 dB。     

基于MEMS开关的射频衰减器的设计制作

提出了一种基于微机电系统(MEMS)开关的射频衰减器的设计方案。首先在DC~20 GHz内,以10 dB衰减量为目标,对整体电路结构进行设计,选择以共面波导(CPW)为传输线,接触式MEMS开关作为控制器件,同时以开关中的电容作为断路时的平衡器件进行电路匹配;然后按所需衰减量计算T型网络中各个电阻大小;按照计算值,在CST微波工作室中建模仿真得到工艺加工需要的尺寸;最后结合UV-LIGA工艺对衰减器进行了样片试制并对其性能进行了测试。测试结果显示,在DC~20 GHz内,目标衰减量为10 dB时,最大偏差可以控制在2 dB之内。结果表明,以MEMS开关为基础的衰减器,可以在宽频带内实现更加稳定的衰减。     

一种宽带低功耗电压可变衰减器的研究

采用微波薄膜混合集成电路工艺设计并实现了一种砷化镓场效应管电压可变衰减器,在DC～20 GHz带宽内插入损耗小于3 dB,最大衰减量22 dB,输入输出端口驻波比小于2.0,衰减动态范围在10 dB以内时衰减平坦度小于1 dB.该衰减器采用单电压源控制衰减量变化,控制电压在-2～0 V内变化时,控制端口电流的实测值低于5μA,具有显著的低功耗优点.     

一种基于π型氮化钽薄膜电阻的MEMS衰减器

针对传统衰减器体积大、反应时间长、可靠性差等问题,提出了一种基于氮化钽薄膜电阻的MEMS衰减器。根据π型衰减网路理论计算得到各个电阻的阻值,并计算各个电阻的仿真尺寸。利用HFSS 15.0电磁波仿真软件对衰减器结构进行仿真计算并优化。通过修改磁控溅射参数制备稳定的氮化钽薄膜电阻,在此基础上制作MEMS衰减器。采用矢量网络分析仪和探针台进行衰减器射频性能测试。测试结果表明,在0.1~20 GHz频率范围内,衰减器的回波损耗大于12.4 dB,插入损耗小于2.1 dB,衰减精度小于5 dB。衰减器整体尺寸为2.2 mm×1.2 mm×1 mm。     

不同特性材料制备的温补衰减器的电性能研究

采用具有相同正温度系数的普通电阻浆料及热敏电阻浆料,分别配合同一种具有负温度系数的热敏电阻浆料,在质量分数为96%的Al_2O_3陶瓷基板上制备p型电阻网络结构的温度补偿衰减器。测试结果表明,在25℃下,DC~12.4 GHz的频率范围内,正温度系数的热敏电阻浆料与负温度系数的热敏电阻浆料制备的衰减量为3 dB、衰减量温度系数为–0.009 dB/dB/℃的温补衰减器样品,其高频性能更好。     

10.4~28 GHz的超宽带6位数字衰减器设计

基于中芯国际40 nm CMOS工艺设计并实现了一种超宽带6位数字衰减器,其工作频率为10.4～28 GHz。该衰减器采用内嵌式开关型结构,6位衰减单元的设计采用T型、桥T型和π型三种拓扑结构。该6位衰减器可以实现0.5 dB的衰减步进,31.5 dB的动态衰减范围。采用大衰减量幅度补偿电路和高匹配特性的衰减位级联结构,衰减器在10.4～28 GHz的频段范围内具有平坦的64态衰减量,衰减器的整体前仿真插入损耗为1.73～2.08 dB,后仿真插入损耗为4.32～6.31 dB,64态的输入输出回波损耗均小于-10 dB。     

DC~6GHz厚膜温度补偿衰减器的设计与制备

基于π型衰减网络结构,使用软件HFSS设计了工作频率在DC~6 GHz的温度补偿衰减器,并采用厚膜丝网印刷技术,在质量分数96%氧化铝基板上制备出衰减量为(3±0.5)d B和温度系数为N5(–0.005 d B/d B/℃)的温度补偿衰减器,其体积小(3.68 mm×3.12 mm×0.5 mm),采用SMT安装方式,工作温度范围为–55~+125℃,补偿精度高,每摄氏度补偿–0.005 d B/d B。     

阵列型高功率薄膜匹配负载研究

基于功率分配思想和简化实频法设计了频率为DC~20 GHz,承载功率为40 W的阵列型微波薄膜匹配负载器件;采用丝网印刷工艺和射频磁控溅射工艺制备了设计的Ta N薄膜匹配负载器件。研究了所制器件的性能,结果表明,在DC~23.6 GHz,电压驻波比均小于1.3。加载功率为8,18,40 W时,薄膜表面的最高温度分别为37.6,59.5,113.6℃。热成像测试结果表明,所设计器件的两个电阻膜温度基本一致,实现了功率的平均分配。     

DC-18GHz微波功率薄膜电阻器的设计及制作

设计并仿真了频率范围为DC-18GHz,功率负载为20W的微波功率薄膜电阻器,根据仿真结果,采用反应磁控溅射法制备了TaN微波功率薄膜电阻器。仿真结果表明,所设计的薄膜电阻器在DC-18GHz频率范围内,电压驻波比均小于1.2,加载20W微波功率时,薄膜电阻器表面的最高温度为108℃。实验结果表明,所制备的TaN薄膜电阻器在DC-18GHz频率范围内,电压驻波比小于1.25;加载20W直流功率96小时,电阻器的阻值变化小于2%,表面最高温度为105℃;在25-125℃温度范围内电阻器的温度电阻系数为-40ppm/℃。     

ATL结构在宽带VVA设计中的应用

ATL(Artificial Transmission Line)是一种具有和实际传输线特性相似的二端口网络。采用场效应管制作的电压,可变衰减器由于等效电容效应影响较难在宽带范围内实现低的插入损耗指标。在分析场效应管等效模型的基础上,结合ATL结构的特点,设计并制作了一种宽带电压可变衰减器,在DC~20GHz内实现了插入损耗低于3dB、端口驻波小于2.0的较好微波性能,充分体现了ATL结构对降低衰减器插入损耗和改善端口驻波性能所起到的良好作用。     

Analysis and Design of RF CMOS Attenuators

Attenuators are analyzed for their minimum Insertion Loss (IL), maximum attenuation and source-load matching performance. These results are used to make trade-offs in the design of a CMOS attenuator with wide dynamic range, designed and fabricated in a 0.13 mum CMOS process. The design employs two non-identical cascaded T-stages that are activated consecutively to improve linearity. The design operates in the frequency band of DC-2.5 GHz with 0.9-3.5 dB insertion loss and 42 dB maximum attenuation in the entire frequency range. Worst case S11 is - 8.2 dB across the frequency band. The design achieves an IIP3 of + 20 dBm at mid-attenuation.     

一种新颖的DC～50GHz低插入相移MMIC可变衰减器

介绍了一种新颖的 DC～ 5 0 GHz低相移、多功能的 Ga As MMIC可变衰减器的设计与制作 ,获得了优异的电性能。微波探针在片测试结果为 :在 DC～ 5 0 GHz频带内 ,最小衰减≤ 3 .8d B,最大衰减≥ 3 5± 5 d B,最小衰减时输入 /输出驻波≤ 1 .5 ,最大衰减时输入 /输出驻波≤ 2 .2 ,衰减相移比≤ 1 .2°/d B。芯片尺寸 2 .3 3 mm× 0 .68mm× 0 .1 mm。芯片成品率高达 80 %以上 ,工作环境温度达 1 2 5°C,可靠性高 ,稳定性好     

旋磁基片DC-10GHz微波功率电阻器设计制作

基于旋磁基片设计并通过光刻工艺制作DC-10 GHz微波电阻器。通过HFSS仿真设计制作DC-10 GHz电阻器,采用磁控反应溅射制作TaN薄膜,电压驻波比VSWR均小于1.25。旋磁基片微波电阻器相对于应用广泛的氧化铝基片微波电阻器,可直接集成于同样以旋磁为基片的结环行器中,从而能制作出更加小型化的微波隔离器,有效减小器件体积,符合现代通信产品小型化、集成化的发展要求。     

Ku波段6bit数字衰减器MMIC的小型化设计

基于0.25μm GaAs增强/耗尽(E/D)型赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计并实现了一款集成了6 bit并行驱动器的数字衰减器单片微波集成电路(MMIC)。该衰减器采用T型衰减网络结构,不仅缩小了芯片面积,并且可实现较好的衰减精度和衰减附加相移。芯片在片测试结果表明,在-5 V电源电压下驱动器的静态电流为1.8 mA,响应速度为25 ns。在9~18 GHz频率范围内,衰减器芯片的插入损耗不大于3.6 dB,均方根衰减精度不大于0.7 dB,衰减附加相移为-2°~4°,输入电压驻波比(VSWR)不大于1.25∶1,输出VSWR不大于1.5∶1。芯片尺寸为1.6 mm×0.6 mm×0.1 mm。该电路具有响应速度快、功耗低、面积小、衰减附加相移小等优点,可广泛应用于通信设备和微波测量系统中。     

一种采用砷化镓pHEMT工艺的超宽带DC-40GHz 4位单片数字衰减器

介绍了一种超宽带DC-40GHz的4位单片数字衰减器。该衰减器采用0.25μm砷化镓pHEMT工艺制造。据我所知,这种衰减器是至今国内文献报道中带宽最宽的。它通过采用适当的结构来得到超宽的带宽、低插入损耗以及高衰减精度。该衰减器具有1 dB的衰减步进和15 dB的衰减动态范围,插入损耗在40 GHz时小于5 dB,全衰减态及全频带内的输入输出回波损耗大于12 dB。     

内置驱动器的六位GaAs PHEMT宽带单片数控衰减器

采用增强/耗尽型(E/D)结构的赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)技术,研制开发的砷化镓MMIC单片六位数字控制衰减器,具有衰减精度准确、承受功率大、线性度高等特点,并且集成了驱动器,使得输入信号控制线减少了一半,大大减少了系统布线的难度。产品由GaAsPHEMT标准工艺线加工。测试结果表明,在0.05～3.0GHz带内,插入损耗≤2.3dB@3GHz,带内输入输出驻波比≤1.5,衰减精度在±(0.3dB+3%)以内,1dB压缩功率点达到了27dBm,IP3超过了+45dBm。     

Al2O3-SiC复相微波衰减材料的性能研究

采用热压烧结工艺制备了Al2O3-SiC复相微波衰减材料。通过网络分析仪,研究了SiC含量对材料的微波衰减性能的影响。结果表明,当w(SiC)<3%,复相材料具有选频衰减的频谱曲线,谐振峰位置基本不变;当w(SiC)为3%~16%,材料的谐振损耗峰向低频方向移动;当w(SiC)>16%时,材料呈现出宽频衰减特性。对复相材料的微波衰减机理作了初步探讨,弛豫损耗和电导损耗是其主要的衰减机理。     

被釉BeO基片薄膜电阻器的设计和制备

基于被釉BeO陶瓷基片设计并制备了DC-20GHz薄膜电阻器。HFSS软件仿真结果表明,在该频率范围内,所设计薄膜电阻器的电压驻波比(VSWR)均小于1.2。利用射频磁控溅射法和光刻工艺在被玻璃釉平整化改性过的BeO基片上制备了所设计的薄膜电阻器。测试结果和仿真结果的对比表明,BeO基片表面的玻璃釉层并不会对电阻器的微波性能造成明显的不良影响。     

DC-to-20-GHz MMIC multibit digital attenuators with on-chip TTLcontrol

Broadband digital attenuators (DC to 20 GHz) featuring on-chip translators for direct TTL control have been designed and fabricated for MMIC insertion into advanced EW systems. The MMIC digital attenuators utilize a novel distributed topology to provide exceptional performance parameters include through-state insertion losses of less than 5 dB for a 4-b attenuator, 4 dB for a 2-b attenuator, 2 dB for a switched attenuator, and normalized mean attenuation accuracies within 0.5 dB from DC to 20 GHz for each attenuator. When cascaded, this set of digital attenuators provides the high-dynamic range (>75 dB) required for advanced EW system applications