6～18GHz四位数控移相器单片集成电路的设计

设计了6～18GHz频带4bitGaAs数字移相器,着重介绍宽带移相单元的设计。该移相器通过ED02AH0.2μm PHEMT工艺实现。最终的单片数字移相器性能如下:在6～18GHz范围内,11.25°移相单元的移相波动小于±2°;22.5°移相单元的移相波动小于±2.5°;45°的移相波动为小于±5°;90°移相单元的移相波动小于±5°。所有状态的移相平坦度小于20°,移相均方差<7°,插入损耗<13dB,两端口所有态的回波损耗<-10dB(典型值)。     

一种基于0.13 μm SiGe BiCMOS工艺的Ka波段宽带有源移相器

采用0.13 μm SiGe BiCMOS工艺,设计了一种工作在32~38 GHz的Ka波段有源移相器,采用矢量合成的方法实现移相功能。该移相器电路包括输入无源巴伦、多相滤波网络、矢量合成单元、射随器和输出有源巴伦。后仿结果表明,输入输出反射系数均小于-9.5 dB,反向隔离度小于-80 dB,插入损耗优于-6.5 dB。在-55 ℃~125 ℃宽温范围内相对相移最大误差小于2.2°,全频带RMS移相误差小于1.5°,RMS增益误差小于0.35 dB。总功耗为18.2 mW,芯片核心面积为0.21 mm²。     

X波段4bit MMIC数字移相器的设计与实现

基于WIN 0.25 μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计并制备了一款X波段4 bit单片微波集成电路(MMIC)数字移相器.22.5°和45°移相单元采用开关滤波型拓扑结构,90°和180°移相单元采用高低通滤波型拓扑结构.对拓扑结构工作原理进行分析,并采用ADS2014软件完成电路的电磁仿真及优化.测试结果表明,该4 bit MMIC数字移相器获得了优良的宽带性能,且与仿真结果吻合良好.在8～ 13 GHz频带内,移相器的均方根(RMS)相位精度误差小于6.5°,插入损耗优于-6.8 dB,RMS插入损耗波动低于0.5 dB,输入回波损耗优于-13 dB,输出回波损耗优于-9.5 dB.该4 bit MMIC数字移相器在相对带宽为47％的X频段内性能优良,适用于有源相控阵雷达等通信系统中.     

基于加载线型的平面太赫兹移相器设计

移相器是相控阵系统中的重要组成器件,随着频率的增加,金属的趋肤深度及波导表面粗糙度对器件的影响不可忽略,会使移相器的损耗增加。对此,提出一种基于加载线型的平面太赫兹移相器。将2个枝节并联在微带线上,在并联枝节上加载开关二极管,调节两段枝节的电长度得到所需的移相量;控制开关的导通和断开,实现不同的移相角度。仿真结果表明,在192~210 GHz频带范围内,导通和断开的反射系数都小于-10 dB,插入损耗小于0.5 dB,移相误差小于5°,其中在5 GHz带宽范围内,移相误差小于1°。提出的平面型移相器,加工容易,成本低,便于系统集成化,在太赫兹相控阵系统中具有广泛的应用前景。     

X波段GaN五位数字移相器MMIC的设计

采用0.5μm GaN HEMT工艺设计了X波段五位数字移相器的单片微波集成电路(MMIC),描述了移相器的设计过程,并进行了版图电磁仿真。该移相器采用高低通滤波器型网络和加载线型结构。利用电路匹配技术设计移相器电路的开关结构,将GaN器件的插入损耗从14 dB降至1 dB。版图仿真结果表明,在9.2 GHz~10.2 GHz频带范围内,均方根移相误差小于3.5°,插入损耗典型值为17.4 dB,回波损耗小于-12 dB,版图尺寸为5.0 mm×4.7 mm。     

基于微机电系统开关的四位移相器设计

为了解决相控阵雷达小型化和低损耗的问题,设计了一个工作频率为2.2 GHz的射频微机电系统(MEMS)四位开关线型移相器。首先分析了直接接触式MEMS串联开关的插入损耗和隔离度,并得到仿真结果。在此基础上设计了基于该开关的移相范围为0~180o的四位移相器电路,相移量为12o每步。采用HFSS软件对其进行仿真,得到移相精确度、插入损耗和隔离度等关键结果,移相器工作在2.2 GHz时,隔离度大于20 dB,插入损耗小于1 dB。该设计与传统移相器相比体积更小,且具有更小的插入损耗和更大的隔离度。     

15～17GHz高精度单片数控移相器的研制

采用南京电子器件研究所4英吋0.25μmGa AsPHEMT工艺技术,设计、制作Ku波段Ga AsMMIC六位数控移相器芯片,芯片尺寸为3mm×1.1mm×0.1mm。在15～17GHz设计频带内,该移相器具有优良的电性能,插入损耗小于9dB,移相精度(RMS)小于1°,输入输出电压驻波比小于1.4。     

X波段GaAs单片五位数字移相器

设计并制作了X波段五位GaAs MMIC(微波单片集成电路)数字移相器,采用MESFET作为开关元件,五个移相位线性级联布置。在9～10GHz的频率范围内,用HP-8510网络分析仪测试得到的微波性能表明:移相器的插入损耗为(7.2±1)dB,RMS(均方根)相位误差小于5°,回波损耗优于-13dB。     

开关线型四位数字MEMS移相器

介绍了一种基于射频微机械串联开关设计的开关线型四位数字微机电系统(M icro-e lectrom echan ica lSystem s以下简称M EM S)移相器。该移相器集成了16个RF M EM S开关,使用了13组四分之一波长传输线和M IM接地耦合电容,有效地使开关的驱动信号和微波信号隔离,串联容性开关设计有效地降低了开关的启动电压。使用低温表面微机械工艺在360μm厚的高阻硅衬底上制作移相器,芯片尺寸4.8 mm×7.8 mm。移相器样品在片测试结果表明,频点10.1 GH z,22.5°相移位的相移误差为±0.4,°插损2.8 dB;45°位的相移误差为±1.1,°插损2.0 dB;在X波段,对16个相移态的测试结果表明,移相器的插入损耗小于4.0 dB,驻波比小于2.4,开关驱动电压为17~20 V。     

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。     

Design and performance of a Ka-band monolithic phase shifterutilizing nonresonant FET switches

This paper describes design consideration and performance of a Ka-band monolithic phase shifter utilizing nonresonant FET switches. The switches show broad-band on/off characteristics up to 60 GHz without using inductors; thus, robust circuit design is possible for a switched-line phase shifter. To determine circuit topology, we introduce a schematic design approach. As a result, desired phase shift as well as good matching characteristics can be realized. The developed 4-bit monolithic phase shifter demonstrates an overall phase deviation less than 5° rms and an insertion loss variation less than 0.65 dB rms from 33 to 35 GHz. For all 16 states, the insertion loss is measured to be 13.1±1.1 dB and the VSWR is less than 1.6. The chip size of the monolithic phase shifter is 2.5 mm×2.2 mm     

一种S频段反射型可调模拟移相器的设计

设计了一种应用于S频段卫星通信相控阵系统的反射型可调模拟移相器。该移相器利用三分支线定向耦合器扩展了带宽,改善了工作频段内驻波;采用传输线和变容二极管构成的L型反射负载扩大了相移量。测试结果表明,在上行频段1.98～2.01 GHz内,相移量达到191°±1°,在下行频段2.17～2.2 GHz内,相移量达到186°±0.1°;插入损耗优于3.3 dB且插入损耗波动小于1 dB,回波损耗在整个电压调谐范围内均大于20 dB。该移相器结构简单、便于调节且价格低廉,在卫星通信领域有一定的应用价值。     

A Low-Loss Ku-Band Monolithic Analog Phase Shifter

A GaAs monolithic Ku-band analog phase shifter integrating 90° branch line coupler with planar varactor diodes has been fabricated for the first time. A phase shift of 109° +- 3° with an insertion loss of 1.8+-0.3 dB was measured from 16 to 18 GHz. A 360° phase shifter with 4.2+-0.9 dB insertion loss was realized in the same frequency range by connecting three phase-shifter chips in series. To our knowledge, this is the lowest insertion loss obtained by a 360° Ku-band phase shifter using monolithic circuits. In addition, hyperabrupt varactors using nonuniform doping profiles increased the phase shift by more than 30° and produced a more linear dependence of phase shift on control voltage.     

五位分布式MEMS传输线移相器的优化设计

通过在共面波导传输线上周期性地加载分布电容,外加驱动电压改变电容值,实现分布式MEMS传输线移相器。从三个方面优化了五位分布式MEMS传输线移相器的设计:一是分别设计了11.25°和22.5°两种微桥,单元在Ka波段的插入损耗均大于-0.8 dB,回波损耗均小于-15 dB,相移精度小于0.4°,新的五位移相器以2种单元、19个微桥的结构替代了传统单一单元、31个微桥的结构,可减少微桥的总数;二是CPW传输线采用折叠布局,通过共用部分地线,移相器平面尺寸减小至1.81 mm×3.84 mm,相比传统五位分布式移相器,面积减小了56%,实现了器件的小型化;三是设计了一种新型的直流偏置结构,结构简单、工艺容易实现。     

一种5~20 GHz超宽带移相器

基于SMIC 40 nm CMOS工艺设计了一款工作频率覆盖5 ~20 GHz的超宽带6位移相器。该移相器采用矢量合成结构,核心电路包括输入巴伦、正交信号发生器、矢量合成器和数模转换电路。正交信号发生器采用三级多相滤波结构,拓展了带宽。采用低误差和电流阵列控制结构的矢量合成器,实现了高的移相精度。后仿真结果表明,该移相器输入和输出回波损耗分别小于8.85 dB和10.12 dB,RMS相位误差小于1.52°,RMS增益误差小于0.17 dB。在2.5 V电源电压下功耗为43.50 mW。芯片面积为1.06 mm×0.80 mm。