一种基于MEMS工艺的365 GHz硅微波导垂直转接结构

基于微电子机械系统(MEMS)工艺设计并制作了一种THz垂直转接结构,该结构采用6层硅片堆叠的硅微波导形式。理论分析计算了垂直转接结构的参数,并使用三维电磁场分析软件HFSS对该结构进行了模拟仿真。设计得到了中心频率为365 GHz、带宽为80 GHz、芯片尺寸为10 mm×7 mm×2.7 mm的THz垂直转接结构。给出了一套基于MEMS工艺的硅微波导的制作流程,制作了365 GHz垂直转接结构并对其进行测试。获得的THz垂直转接结构的回波损耗随频率变化的测试结果与仿真结果基本一致。采用MEMS工艺制作的硅微波导垂直转接结构具有精度高、一致性好、成本低的特点,满足THz器件的发展需求。     

MEMS THz滤波器的制作工艺

基于MEMS技术制作了太赫兹(THz)滤波器样品,研究了制作滤波器的工艺流程方案,其关键工艺技术包括硅深槽刻蚀技术、深槽结构的表面金属化技术、阳极键合和金-硅共晶键合技术。采用4μm的热氧化硅层作刻蚀掩膜,成功完成了800μm的深槽硅干法刻蚀;采用基片倾斜放置、多次离子束溅射和电镀加厚的方法完成了深槽结构的表面金属化,内部金属层厚度为3~5μm;用硅-玻璃阳极键合技术和金-硅共晶键合技术实现了三层结构、四面封闭的波导滤波器样品加工。测试结果表明,研制的滤波器样品中心频率138GHz,带宽15GHz,插损小于3dB。     

0.85 THz 折叠波导行波管的高频特性与结构参数优化分析

由于折叠波导具有准二维结构、功率容量大、易集成等特点,非常适合在THz 频段推广应用,文中对0.85 THz 折叠波导行波管(FW-TWT)的色散和耦合阻抗特性进行了模拟计算与优化,利用等效电路理论、简化理论与CST 仿真计算的方法。根据折叠波导直波导高度需大于注通道的特点,电子注的直流加速电压必须小于某一值;根据MEMS 加工工艺的允许误差范围,对折叠波导结构各部分的参数进行优化,使该结构的色散较平坦与耦合阻抗较大。计算结果表明:电子注的直流加速电压不超过26 kV;注通道填充比为0.1 时,带宽约400 GHz、相速变化率小于1%时带宽约275 GHz(825~1 100 GHz)。该套方法对THz 折叠波导行波管的设计具有重要意义。     

硅基射频微系统三维异构集成技术

<正>南京电子器件研究所根据射频组件芯片化的发展趋势,在国内首先提出了硅基射频微系统架构,在203.2 mm(8英寸)硅晶圆上,建立起了TSV射频转接板的设计/工艺能力,通过基于TSV射频转接板的三维异构集成先进工艺技术,制备出硅基首款38 GHz异构集成收发芯片,研制出4层硅片堆叠集成的X波段硅基变频芯片,形成了1.0版本的射频微系统工艺规则和多用户流程能力。TSV尺寸(30:200)μm,可以支持4层硅片的圆片级堆叠。该工艺架构在DC-40 GHz的微波性能已通过了验证。     

基于硅基MEMS工艺的Ka波段四通道短砖式三维集成T/R微系统

基于硅基微电子机械系统(MEMS)工艺设计了一种Ka波段四通道短砖式三维集成T/R微系统，实现四通道收发及功率合成功能。器件每个通道具备6 bit数控移相、5 bit数控衰减、电源调制等功能。该T/R微系统由两层硅基MEMS模块堆叠而成，每层硅基模块内部异构集成多个单片微波集成电路(MMIC),内部采用硅通孔(TSV)实现垂直互连，层间采用植球互连，器件尺寸为18 mm×19.5 mm×3 mm。经测试，在33～37 GHz频段内，器件单通道饱和发射功率大于30 dBm,接收增益约为35 dB,噪声系数小于4.6 dB。器件兼顾高性能和高集成度，可应用于雷达相控阵系统。     

Ka全频段功率合成放大器的设计

采用基于波导-微带探针阵列的四路波导空间功率分配/ 合成结构,研制了一种Ka 全频段1 W 功率合成放大器。该模块中集成了驱动放大器以提高整个功放的增益。利用镜像原理,简化了具有对称性结构的波导-微带四探针功率分配/ 合成网络的仿真设计。在分析了屏蔽微带线相关寄生模式的基础上,合理设计腔体结构,保证了合成放大器在全频段内稳定工作。实测结果表明,在26.5 ~40 GHz 的Ka 全频段范围内,连续波饱和输出功率大于30.5 dBm,小信号增益大于40 dB。合成效率全频带内大于84%,36 GHz 以下频段高于88%。     

TSV立体集成用Cu/Sn键合工艺

为实现硅通孔(TSV)立体集成多层芯片可靠堆叠,对一种具备低温键合且不可逆特点的Cu/Sn等温凝固键合技术进行了研究。基于Cu/Sn系二元合金平衡相图,分析了金属层间低温扩散反应机理,设计了微凸点键合结构并开展了键合工艺实验。通过优化键合工艺参数,获取了性能稳定的金属间化合物(IMC)层,且剪切力键合强度值达到了国家标准,具备良好的热、机械特性。将其应用到多芯片逐层键合工艺实验当中,成功获取了4层堆叠样品,验证了Cu/Sn等温凝固键合技术在TSV立体集成中的应用潜力。     

金刚石SAW滤波器的设计和制作

通信系统向高频的发展趋势使声表面波(SAW)滤波器技术面临着越来越多的挑战。利用传统材料制作SAW滤波器的中心频率很难达到GHz频段,因此探索在高声速材料基础上制作SAW滤波器成为一种必然趋势。基于高声速材料金刚石设计了IDT/ZnO/金刚石结构的薄膜SAW滤波器,设计了镜像阻抗连接IDT的结构参数,并采用ADS软件对该结构进行了建模仿真。然后,通过ZnO薄膜制备工艺和IDT电极制备工艺,获得了金刚石SAW滤波器样品。最后,采用RF探针台对所制得的样品进行了性能测试和数据分析。测试结果表明,在金刚石厚膜衬底上获得了频率超过1 GHz的SAW滤波器样品。     

分层基片集成波导功分器及宽带功率放大器研制

基于矩形金属波导-多层基片集成波导(RWG-MLSIW)功分器技术实现了宽带功率合成.RWG-ML-SIW结构组成比较简单,就是将一组基片集成波导层叠并紧密地插入到矩形金属波导内,通过这种结构方式,可以方便地设计出宽带、低插损功分器和合成器.实际设计并制作了一个X波段四路功率放大器,在8.5～12.4GHz频段内,该功放最大功率输出约为8.6W(连续波),合成效率大于52.5%,其中在11GHz频点上合成效率可达73%.测试结果表明这项技术可方便地用于微波与毫米波固态功率放大器设计.     

6-18GHz超宽带功率放大器脊波导合成技术研究北大核心

介绍了一种6-18 GHz超宽带脊波导合成结构。该脊波导合成结构包括微带到脊波导的过渡结构、E面T型脊波导合成结构和H面T型脊波导合成结构。基于该脊波导合成结构,采用8只GaN MMIC功率芯片,设计了一款超宽带固态合成功率放大器,测试结果表明在6~18 GHz的频带内,固体合成功率放大器连续波输出功率达90 W以上,合成效率大于90%,功率附加效率大于15%。     

Design of Low-Profile Millimeter-Wave Substrate Integrated Waveguide Power Divider/Combiner

A low-profile millimeter-wave substrate integrated waveguide (SIW) power divider/combiner is presented in this paper. The simplified model of this compact SIW power dividing/combining structure has been developed. Analysis based on equivalent circuits gives the design formula for perfect power dividing/combining. In order to verify the validity of the design method, a four-way SIW power divider/combiner circuit operating at Ka band is designed, fabricated and measured. Good agreement between simulated and measured results is found for the proposed passive power divider/combiner. Experiments on the four-way passive divider/combiner back-to-back design demonstrate a minimum overall insertion loss of 1.5 dB at 31.1 GHz, corresponding to a power-combining efficiency of 84%. The measured 10-dB return loss bandwidth is demonstrated to be 2.2 GHz, and its 0.5-dB bandwidth was 2 GHz.     

0.14 THz双注折叠波导行波管的高频系统设计

随着太赫兹通信技术的发展,对于0.14 THz折叠波导行波管(FWTWT)的研究需求向着更高的功率和更宽的带宽发展。对双注行波管中的双路折叠波导慢波电路进行分析,得到不同参数下的高频特性变化规律。并对双路折叠波导慢波电路的功率分配和功率合成效率进行分析计算,得到功率合成效率96.3%。最后对双路慢波电路、功率分配/合成器和集中衰减器进行建模,并对注波互作用进行计算。在高压15 kV和单注电子的发射电流为40 mA条件下,得到0.14 THz频率下的合成输出功率为56 W,增益为31.4 dB,3 dB带宽为7 GHz。     

基于裂缝电桥Ka波段功率分配/合成网络

介绍了一种Ka波段的四路功率分配/合成网络。该网络采用H面波导裂缝电桥结构,只需要一个耦合单元,结构简单、易于加工。这种合成网络将使用在基于MMIC单片TGA1141的四路功率合成器中,预计在2 GHz带宽内合成输出功率可以达到连续波5 W以上。通过三维电磁仿真软件Ansoft Hfss对该网络进行了设计和优化。仿真结果表明,该网络在33-37 GHz的频段内,插入损耗小于0.3 dB,回波损耗大于20 dB。     

Sub-THz Four-Way Waveguide Power Combiner With Low Insertion Loss

A four-way waveguide power divider has been developed in sub-THz band. The waveguide power divider was achieved with the improved H-plane T-junction structure. By tuning the depth and width at the junction of the waveguide, the input impendence was matched and the two-way output power amplitude and phase were at the same level. The four-way power divider was realized by the concatenation of two same T-junction at the two output ports. A sub-THz four-way passive power combiner is designed, fabricated and measured. The measure results show that the measured insertion loss of the fabricated four-way passive power combiner is less than 1.2 dB whereas the input return loss is greater than 14.8 dB from 97.5 to 101.7 GHz. Experiments on the sub-THz four-way passive power combiner show that a minimum insertion loss of 1 dB has been achieved at about 99.5 GHz. The measured minimum insertion loss of the waveguide power divider is half of the insertion loss for the entire passive power combiner (0.5 dB), which corresponds to a power-combining efficiency of 89 %. The measured results agree with the simulated ones closely.     

一种Ka波段三路波导功率分配/合成器的设计

提出了一种波导三路功分器结构,该功分器采用E面T型缝隙耦合结构来实现功分比的调节。通过调节耦合缝隙以及感性膜片,使输入阻抗匹配并且实现等功率同相位的三路功分输出。为了实现功率合成,采用对称的两个三路功分器进行背靠背级联实现功率合成网络,仿真结果显示出良好的驻波效果和极低的插损。最终对加工出的实物进行测量,在32.5~36 GHz频段内实现了输出功率幅度不平衡度小于0.5 dB的良好效果。通过背靠背连接两个功分器实现了在33.3~35.3 GHz带宽内插损小于0.3 dB的功率分配/合成网络。     

Millimeter-wave-band amplifier and mixer MMICs using a broad-band45° power divider/combiner

This paper demonstrates millimeter-wave-band amplifier and mixer monolithic microwave integrated circuits (MMIC's) using a broad-band 45° power divider/combiner. At first, we propose a broad-band 45° power divider/combiner, which combines a Wilkinson divider/combiner, 45° delay line, and 90° short stub. A coupling loss of 4.0±0.2 dB and a return loss and an isolation of more than 19 dB with 45±1° phase difference was obtained from 17 to 22 GHz for the fabricated K-band MMIC 45° power divider/combiner. Next, a parallel amplifier using the broad-band 45° power divider/combiner, which can be used in a power-combining circuit configuration requiring no isolator, is shown. Comparing the transmitter intermodulation generated in the parallel amplifier using the broad-band 45° power divider/combiner and that generated in the one using the conventional type, the broad-band suppression effect was confirmed. Finally, an application of the broad-band 45° power divider/combiner to a single-sideband (SSB) subharmonically pumped (SHP) mixer requiring no IF switch is shown. In an RF frequency range from 22.89 to 26.39 GHz, the fabricated K-band MMIC mixer achieved (for up-conversion) the good results of more than -13-dB conversion gain and more than 24-dB image-rejection ratio. These contribute significantly to the miniaturization of millimeter-wave communication equipment     

一种毫米波宽带大功率合成器

介绍一种基于波导微带探针过渡的毫米波功率分配／合成器,仿真结果显示在27．5GHz～37．5GHz的频带内,其回波损耗优于20dB,插入损耗优于0．2dB。该种功率分配／合成方案具有宽带宽、合成效率高、结构紧凑且散热良好的特性,在功率合成领域应用前景广阔。     

High Q multilayer spiral inductor on silicon chip for 5/spl sim/6 GHz

High Q-values of spiral inductors at frequency around 5/spl sim/6 GHz have been achieved with a multilayer spiral (MLS) structure on a high loss silicon substrate. Compared to a one-layer spiral (OLS) inductor, the Q-value of a 4-nH inductor has been improved by about 80% at 5.65 GHz. The impact of the structure on Q-value and resonant frequency has been analyzed, which shows that an optimal height for the via of MLS inductors should be considered when inductors are designed. The fabrication process is compatible with Cu/SiO/sub 2/ interconnect technology.     

一种Ka波段开槽波导空间功率合成器的设计

设计了一种结构简单,容易制造的开槽波导功率分配器/合成器。该合成器采用锥形微带线-波导的过渡结构,每路微带线传输部分由小腔体进行隔离。通过CST仿真软件,设计了一个中心频率为35GHz的Ka频段的功率合成器。仿真结果显示,该结构回波损耗小于-20dB时的带宽达近500MHz,且插入损耗小于0.1dB。可见,具有极低的插入损耗和较低的回波损耗。