小型化高集成宽带光收发组件

当前分立光子器件的体积和成本严重制约着微波光子技术在雷达系统中的应用。受限于当前的集成能力和材料体系,微波光子单片集成芯片短时间内难以实现工程应用。为满足雷达等应用场景对高集成微波光子器件的迫切需要,研制了一种新型小型化高集成光收发组件。该组件采用光电异构集成封装技术,将MZM调制器芯片、微波芯片、探测器芯片以及光环形器、波分复用器进行高度集成,单模块体积仅为85 mm×35 mm×10 mm,与传统MZM调制器体积相当。实验结果表明,其性能可与传统分立元器件相媲美。在6~18 GHz范围内,组件能够实现±1.5 dB的平坦度,上行能够实现18 dB以上的增益,下行能够实现?1 dB以上的增益,且链路噪声系数小于30 dB,平面化、小型化设计使其能够应用于相控阵雷达、电子战等多种应用场景,具有广阔的应用前景。     

基于一体化封装的小型化设计与实现

以一个幅度调制器模块的小型化需求为例,基于一体化封装技术,设计构造出一种小型化封装结构,并详细介绍了该结构的外形特点与材料特性。利用这种封装结构对原模块电路进行小型化设计,外形尺寸可由91 mm×28 mm×8.5 mm减小为20 mm×15 mm×7.6 mm,平面布版面积缩小约88%。利用多芯片组装(MCM)和表面组装(SMT)工艺,组装实现了小型化电路,实测其电参数指标与原电路基本一致,成功达到了小型化目的。     

0.1 GHz～18 GHz单电源宽带低噪声放大器

基于GaAs增强型pHEMT工艺,设计了一款单电源供电、工作频率覆盖0.1 GHz～18 GHz单片集成宽带低噪声放大器芯片。在同一芯片上集成分布式低噪声放大器和有源偏置电路,通过有源偏置电路为分布式放大器提供栅压实现放大器单电源供电。在片测试结果表明,放大器在+5 V工作电压下,工作电流60 mA,在0.1 GHz～18 GHz工作频段范围内实现小信号增益18 dB,输出P1 dB（1 dB压缩点输出功率）典型值12 dBm,噪声系数典型值2.5 dB。放大器的芯片尺寸为2.4 mm×1.0 mm×0.07 mm。     

5W ISM波段InGaP/GaAs HBT功率放大器MMIC

通过分析InGaP/GsAsHBT器件的热学和电学特点,结合HBT大功率放大器芯片在技术性能、稳定性、可靠性及尺寸等方面的要求,通过优化设计HBT功率器件单元和匹配电路,开发了一个大功率、高效率、小尺寸的ISM波段功率放大器单片集成电路。该三级放大器的各级器件单元的发射极面积分别为320μm2,1280μm2,5760μm2,芯片内部包括了输入、输出50Ω匹配电路,面积仅为1.9mm×2.1mm。放大器采用5V单电源供电,在2.4～2.5GHz频率范围内线性增益为27dB,2dB增益压缩点输出饱和功率达到37dBm,功率附加效率为46%。     

高鲁棒性低功耗单片低噪声放大器电路

基于0.15um GaAs pHMET工艺技术,采用电流复用偏置结构及有源偏置技术,研制了一款高鲁棒性紧凑型低功耗单片低噪声放大器芯片。该款放大器具有两级拓扑结构,采用有源偏置技术弥补工艺波动现象造成的芯片性能波动,同时通过改进匹配网络结构进一步优化芯片的噪声系数和缩小电路尺寸。在偏置电压为5V的条件下,放大器的工作带宽为2~8GHz,增益和噪声系数分别为24.7±0.7dB和1.18±0.1dB,电路总电流仅为20mA。芯片尺寸为2.5mm×1mm。与常规工艺和技术所设计的低噪声芯片和其他类型工作频率的芯片相比,噪声系数和电路功耗方面具有明显的优势。     

一种基于SiGe工艺的多功能下变频芯片的设计与实现

随着射频收发组件小型化的要求越来越高,射频单片集成电路向小型化和多功能化方向发展。基于TSMC 0.35 mm SiGe 工艺成功研制了一款多功能下变频芯片。片上集成了正交(I/ Q)混频器、有源巴伦、多相滤波器、输出缓冲器和LDO。通过对整个电路合理的版图设计,实现了芯片的小型化,芯片裸片尺寸仅为2.2 mm′1.5 mm。测试结果表明,多功能下变频芯片射频和本振频率范围为900 ~1300 MHz,中频频率范围100 ~500 MHz,具有良好的正交宽中频输出特性,匹配良好;变频增益大于-1 dB,1 dB 压缩输入功率可达到8 dBm,线性度良好;本振输入功率0 dBm,整个电路功耗为0.45 W。     

0.8～18 GHz放大衰减多功能芯片

文章介绍了基于GaAs0.15μmpHEMT工艺的0.8～18GHz放大衰减多功能芯片的设计,给出了在片测试结果。该芯片集成了共源共栅行波放大单元、三位数控衰减单元和三位并行驱动单元,在0.8～18GHz的超宽带频率范围内,噪声系数典型值≤4.5 dB,增益≥11 dB,且具有3 dB的正斜率,P-1大于13 dBm,输入输出驻波≤1.8,3 bit数控衰减单元2/4/8 dB,衰减精度≤0.5 dB。其中放大器采用单电源+3.3 V供电,工作电流小于60 mA,TTL驱动电路采用-5 V供电,工作电流小于3 mA。芯片尺寸为：2.6 mm×2.8 mm×0.1 mm。     

L波段高增益功放模块设计

设计了一种小型化L波段高效率高增益脉冲功率放大模块,该模块使用微波混合集成电路技术,其体积比同等性能传统L波段功率放大器大大减小。测试结果表明,在工作电压36V、脉宽200μs、占空比10%时,L波段1.2~1.4GHz带宽内模块输出功率能达到80 W,增益近40dB,总效率大于40%,模块体积仅有25.5 mm×22.0mm×5.0mm。     

基于混合集成的高增益光接收模块北大核心

针对光载无线通信(RoF)系统对高增益、小型化光接收模块(ROSA)的需求,基于混合集成技术,设计并制作了一种高增益的四通道ROSA器件,尺寸为20.0 mm×14.0 mm×5.9 mm。模块内集成了低噪声放大器(LNA)芯片以提高射频信号增益,建立了射频信号传输电路,并对器件特性进行了仿真分析。经测试,器件的射频信号增益达14 dB,-3 dB带宽为23 GHz,在1550 nm波长的入射光下,器件的响应度为0.81 A/W,相邻信道之间的射频信号串扰小于-40 dB。该模块对于减小RoF系统的体积和功耗具有重要意义。     

2～20GHz分布式单片放大器设计

介绍了一种采用0.15μm GaAs PHEMT工艺设计加工的2～20 GHz宽带单片放大器,为了提高电路的整体增益和带宽,在设计电路时采用两级级联分布式结构。此种电路结构不仅能够增加整体电路的增益和带宽,还可以提高电路的反向隔离,获得更低的噪声系数。利用Agilent ADS仿真设计软件对整体电路的原理图和版图进行仿真优化设计。后期电路在中国电子科技集团公司第十三研究所砷化镓工艺线上加工完成。电路性能指标:在2～20 GHz工作频率范围内,小信号增益>13.5 dB;输入输出回波损耗<-9 dB;噪声系数<4.0 dB;P-1>13 dBm。放大器的工作电压5 V,功耗400 mW,芯片面积为3.00 mm×1.6 mm。     

基于RC-CR多相网络的镜频抑制接收机MMIC

基于RC-CR多相网络技术研制了一款S波段镜频抑制接收机单片微波集成电路(MMIC),在MMIC芯片上集成S波段低噪声放大器(LNA)、差分IQ混频器、本振(LO)驱动放大器、RC-CR多相网络滤波器等电路单元,实现了S波段单片镜频抑制接收机,解决了镜频接收机小型化的问题.电路、电磁场软件仿真以及采用GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺流片后的结果表明,在S波段实现了噪声系数小于1.8 dB,增益大于12 dB,中频(150±5) MHz带内镜频抑制大于35 dBc的技术指标.MMIC的芯片尺寸为4.8 mn×2.5 mm×0.07 mm.此镜频抑制接收机MMIC具有指标优异、体积小、集成度高的特点,可广泛用于各种需小型化的相控阵雷达和通信系统中.     

级联型单级分布式宽带单片功率放大器

报道了一个采用级联型单级分布式结构的宽带单片功率放大器的设计方法和研制结果。文中通过拓扑比较和人工传输线理论研究,分析出该功放设计的难点,并基于仿真实验,给出解决方案。最终研制的两级单片功放在6～18GHz频率范围内线性增益13.5dB,平坦度±1dB,输入输出驻波比均小于2。全频带上,饱和输出功率为300～450mW,功率附加效率大于15%。该宽带单片功率放大器在100mm GaAs MMIC工艺线上采用0.25μm功率pHEMT标准工艺制作,芯片尺寸为2.7mm×1.25mm×0.08mm。     

Ku波段宽带大功率多芯片合成设计

设计针对多个Ku波段宽带MMIC功率放大芯片进行大功率合成.对波导多路功率合成结构进行了分析,基于单个Ku波段6W功放单片,进行了16路的功率合成,研制出了工作在12～17 GHz,带宽达到6 GHz的固态功率放大器.通过测试发现该固态功率放大器的输出功率≥70 W,功率增益≥15 dB,工作电压48 V,效率≥16％...     

振荡型有源集成天线

研制中心频率为18 GHz的振荡型有源集成天线,包括微带天线设计、单片压控振荡器(MMIC VCO)的设计及微带天线与单片压控振荡器二者的集成。微带天线的芯片面积为4.5 mm×3.5 mm,增益为3.67 dB,中心频率为18.032 GHz,最小输入驻波系数为1.098;单片压控振荡器芯片面积1.1 mm×1.0 mm,调谐范围为15.978～18.247 GHz,输出功率大于6 dBm。振荡型有源集成天线的方向图测试结果与微带天线的特性符合,该振荡型有源集成天线能够正常工作。     

GaAsMMIC双栅MESFET混频器设计与实验研究

对微波单片集成 (简称 MMIC)双栅 MESFET混频器的设计理论和工艺技术进行较为细致的研究。根据双栅 MESFET的理论分析与实验结果 ,建立了一种栅压调制 I- V特性的经验模型 ,推导了双栅 FET混频器变频增益公式。分析了栅压对改变非线性跨导在混频器中的作用。最后设计并加工出了芯片面积为 0 .75 mm× 1 .5 mm Ga As MMIC双栅 FET混频器。     

应用于TD-SCDMA移动终端的单片InGaP/GaAs HBT功率放大器

报道了用于TD-SCDMA移动终端的高效率、高线性度HBT功率放大器的研制. 该单片功率放大器采用两级放大结构,内部集成了输入匹配、级间匹配网络以及有源偏置电路,总芯片面积仅为0.91mm×0.98mm. 该功率放大器采用单电源3.4V供电,在高、低功率模式下,PAE分别为43%和16%,增益达到了28.5以及24dB. 当输入QPSK调制信号时,在低输出功率以及高输出功率状态下,1.6MHz/3.2MHz中心频偏处,ACPR分别低于-45dBc/-56dBc 和-39dBc/-50dBc. 本芯片尺寸小,电压稳定性高,性能优越,为低成本化的大规模生产提供了可能性.     

C波段LTCC高频前端模块的研究与实现

针对现有雷达高频接收组件尺寸大、集成度不高的情况,采用低温共烧陶瓷(LTCC)多层基板、单片微波集成电路(MMIC)芯片和微组装技术,设计和实现了C波段LTCC高频前端模块。该模块采用二次混频方案,包含限幅器、放大器、滤波器、衰减器、混频器等;其中主要器件用MMIC芯片实现,滤波器埋置在LTCC多层基板中实现,极大减小了模块的尺寸,模块最终尺寸为64 mm×20 mm×1.1 mm,比现有的接收组件尺寸减小了50%。经测试,该LTCC高频前端模块的增益大于40 dB,带内平坦度小于2 dB,噪声系数小于5 dB,镜像抑制度优于51 dB。可将高频前端模块应用于雷达高频接收组件中,从而减小组件尺寸。     

单脉冲接收组件

介绍的接收组件为单脉冲接收系统的重要部件。本组件包含三个接收通道。微波部分采用了管芯器件 ,小型化工艺 ,电路设计采用了 CAD技术。主要性能 :功率增益为3 0～ 3 5 d B;噪声系数为 4d B;开关时间不大于 5 0 ns;开关隔离度大于 40 d B;镜频抑制度大于 2 5 d B;在 -5 0～ + 60℃的温度范围内通道间的幅度变化不一致性不大于 1 .8d B;相位变化不一致性不大于 2 5°。外形尺寸为 67.5 mm× 47mm× 2 1 mm。     

基于自振混频的下变频接收电路设计

文中设计了一种基于自振混频(SOM)电路的小型化、低成本下变频接收电路。自振混频电路是基于 辅助源电路进行仿真分析与设计,以单器件场效应管(FET)实现了变频接收电路中变频与本振两种功能的电路。设 计中还将不同种类的功能电路通过垂直压叠的方式实现层间互联,进一步提高了系统集成度。文中提出了基于自 振混频的功能电路集成和基于分离器件层间填埋的结构集成相结合的设计方法,最终在58 mm×20 mm×2. 9 mm 的 空间内实现了融天线为一体的小型化、低成本、低功耗的下变频接收通道,变频增益-4~-8 dB,整体功耗<0. 13 W。     

汽车主动防撞系统的中频信号处理模块

为对汽车主动防撞系统的核心硬件进行设计,需首先构建中频信号处理模块。在计算得到滤波及放大电路的关键参数后,基于双运放MC33078,设计实现了包含高通和低通两个单元的滤波电路。利用可调增益放大器AD603和静电计级运算放大器OPA128等设计实现了AGC环路,该环路同时包含可调增益放大器、峰值检波电路和AD/DA转换电路。对所设计的关键电路进行了模拟验证,并通过对静态目标的测距实验,验证了本中频信号处理模块对雷达测距的适用性和测试值相对于计算值的准确性。