基于双导体耦合线Marchand 巴伦的 快速建模与设计*

针对Marchand 巴伦模型参数提取效率低,耗时长的问题,本文提出了一种快速提取Marchand 巴伦模型参数的 方法。传统的耦合线建模过程中,当耦合线的物理尺寸,如长度、宽度、间距发生变化,需要重新进行电磁场仿真,占据大量的 计算机资源和仿真时间。本文首先基于c、π 模表征的耦合线分布模型构建了Marchand 巴伦模型,通过对耦合线全波电磁场 仿真获得的模型参数提取结果进行数据分析和拟合,找出耦合线物理尺寸和模型参数之间的关系,建立对应方程,避免在巴伦 设计优化过程中反复进行电磁场仿真,达到快速设计Marchand 巴伦的目的。使用该方法基于PCB 板设计了中心频率为 2.4 GHz 的巴伦进行验证,测试结果表明该方法提取的模型参数具有较好的精度,能够满足巴伦的快速设计需求。     

小型化三耦合线Marchand巴伦的等效模型分析与验证

为了实现三耦合线Marchand巴伦的快速设计,缩小巴伦的尺寸,提出了一种简化的三耦合线Marchand 巴伦等效模型及小型化设计方法。该等效模型将复杂的三耦合线的S参数散射矩阵的计算问题简化为对两个并联的平行耦合线的S参数散射矩阵的计算。为了验证该模型和设计方法的有效性,采用0.1 μm 砷化镓pHEMT (pseudomorphic High Electron Mobility Transistor)工艺制作了一款75~110 GHz的单平衡混频芯片,最终应用于单平衡混频器的巴伦耦合线长度被缩减为中心频率1/4波长的44%。良好的混频器性能和紧凑的芯片面积证明了所提三耦合线巴伦的等效模型和设计方法能够为单片集成微波电路芯片的设计提供指导作用。     

基于三导体耦合线的毫米波Marchand balun建模与设计（英文）

提出了一种基于三导体耦合线结构的毫米波Marchand巴伦的新型宽带模型.基于c模和π模理论,对三导体耦合线进行了分析并采用传输线和理想变压器对其建立了模型.通过电磁场仿真提取了模型参数并使用该耦合线模型建立了Marchand巴伦的模型.基于该模型,使用GaAs工艺设计了一种毫米波Marchand巴伦并进行了流片制造,所设计的巴伦工作在15~55 GHz频率范围,测试结果表明该巴伦具有较好的幅值和相位平衡度,同时验证了模型的准确性.     

一种基于PCB加工技术的毫米波Marchand巴伦

巴伦作为差分到单端信号转换的关键组件,在高速电路实现中得到了广泛研究与应用.但目前对于毫米波频段的巴伦研究甚少,特别是基于PCB加工工艺的高频巴伦.针对该应用,提出了一款适用于毫米波频段的平面Marchand巴伦.所设计的微带巴伦的最小线宽和缝隙宽度均大于0.12 mm,满足PCB加工工艺要求.仿真结果表明,该巴伦工作...     

一种工作在400GHz基于互补耦合线的Marchand巴伦

设计了一种工作在400ＧＨｚ,的紧凑型Marchand巴伦,本设计采用互补耦合线(Complementary Conducting-Strip Coupled-Line, CCS CL),与传统的薄膜耦合线(Thin-Film Coupled-Line, TF CL)相比,CCS CL具有更高的耦合系数和几乎相同的奇偶模传输特性,因此基于CCS CL设计的Marchand巴伦具有更小的电路面积和更加平衡的差分输出。为了验证该设计,采用0.13μｍ 1P8M CMOS 工艺制作了一种背靠背式Marchand巴伦测试电路,测得Marchand巴伦的插入损耗为0.75ｄＢ,10ｄＢ回波损耗带宽为110ＧＨｚ(从330ＧＨｚ到440ＧＨｚ),设计的400ＧＨｚMarchand balun的电路面积仅为0.0018mm2(不包括焊盘面积),远小于其他类型的太赫兹巴伦结构。     

宽带巴伦的研究与仿真

在宽带Marchand巴伦设计中,为获得高宽带,并得到较好的端口匹配性能,采用三线耦合微带线代替双线耦合线增加耦合度以扩展带宽。同时利用电容、电感补偿法和阻抗网络法提高端口匹配性能。仿真结果表明：在满足宽带的要求下,端口匹配度、输出平衡度和相位差都得到较大改善。在20GHz～55GHz带宽内,S22,S33均小于-15dB,S23小于-10dB,S21在-3.6dB左右,幅度差为0.1dB左右。     

基于耦合线的紧凑型巴伦带通滤波器设计北大核心CSCD

本文利用发卡滤波器和耦合线组合电路,提出了一款新型巴伦带通滤波器,其具有结构紧凑、简单及集成度高等优点。文中分析了三阶发卡滤波器原理和耦合线组合电路（即平行耦合线和终端短路反平行耦合线）输出180°相位差特性,将二者组合成巴伦带通滤波器,避免了传统巴伦带通滤波器在各路加载滤波器而造成整体系统结构尺寸偏大的问题。所设计的巴伦带通滤波器工作中心频率为2 GHz,实测3-dB带宽为6%,带内插入损耗为4.58 dB,相位差为180°±3.1°,幅度差为0 dB±0.29 dB。仿真和实测结果吻合良好,证明了该设计的可行性。     

双耦合线巴伦设计

基于微带耦合线的四端口网络模型,提出了一种双耦合线巴伦,根据最小反射系数准则,推导出巴伦应满足的阻抗方程,并给出不同带宽所要求的耦合线奇偶模阻抗.最后给出ADS仿真结果及实验结果.     

基于0.15 μm GaAs pHEMT工艺的X波段自混频三倍频器

基于0.15 μm GaAs pHEMT工艺,设计了一种自混频三倍频器,实现了将X波段信号倍频为Ka波段信号。仿真结果表明,该三倍频器的相对带宽为16%,频率覆盖范围为8.9~10.5 GHz,涵盖了大部分的X波段。当输入信号为0 dBm时,在9.5 GHz频点处的输出功率为-12 dBm。在带宽范围内,谐波抑制比大于15 dBc。采用渐变形电感,提高了电感的Q值,实现了去耦电容接地的无源Marchand巴伦。仿真结果表明,无源巴伦的相对带宽达到120%,幅值平衡度得到了有效提高。该三倍频器具有0.4 V、0.8 V、1 V三个直流偏置,芯片尺寸为1.9 mm×0.67 mm。     

一种平面宽带Marchand Balun的新型模型

本文提出了一种新的Marchand Balun 模型。通过对构成Balun基本单元的λ/4耦合线进行奇、偶模分析,获得了耦合线的基本等效表达式。基于所提出的5阶集总元件等效电路,耦合线的自感、互感系数和电容均能根据奇偶模特性阻抗计算得到,从而可以较为方便的得到Balun的模型参数。为对模型进行验证,本文基于GaAs工艺设计了一个单片宽带Marchand Balun,并使用三维电磁场工具对其进行了仿真验证,最后通过流片测试对模型进行了实验验证。电磁场仿真与实验结果与所提的模型仿真结果相一致,应用该模型可以使对Marchan Balun的设计变得更为快速和便捷,并且适用于较宽的频带范围。     

A novel model for a planar wideband Marchand balun

A new lumped element model for conventional Marchand baluns is presented.Analyzed by the evenand odd-mode method,the equivalent equations are derived forλ/4 coupled lines.Based on the proposed 5th-order lumped equivalent circuit forλ/4 coupled lines,the self-inductance,mutual inductive coupling and the capacitance can be calculated according to the even- and odd-mode characteristic impedance,therefore,the model parameters of the balun can be easily gained from the derived equations.To verify the model,a GaAs monolithic wideband Marchand balun was implemented and tested.The EM simulation and experimental results show a good agreement with the model simulation.This model is available in a wide frequency range and makes the design procedure of the Marchand balun faster and easier.     

基于LTCC技术的小型化MarchandBalun设计

在对巴伦的基本原理和耦合传输线奇偶模阻抗特性研究的基础上,基于LTCC技术设计了中心频率为1．35GHz的小型化MarchandBalun。设计中使用宽边耦合带状线来实现MarchandBalun内部的耦合区段。仿真结果表明,MarchandBalun的中心频率为1．35GHz,S11为．31．39dB;带内插入损耗在-0．55～1．12dB之间,满足设计指标的要求。     

Design and Analysis of Millimeter-Wave Marchand Balun with Interconnected Transmission Line

This paper presents the design and analysis of general baluns of Marchand-type with a transmission line connected between two sections. A series of new expressions of S-parameters are derived for such type of Marchand balun. The relations between the length of interconnected transmission line and the imbalance of Marchand balun are discussed. By using analytical method, a millimeter-wave Marchand balun was designed and simulated by the full-wave electromagnetic software HFSS, and fabricated in 0.15 μm pHEMT GaAs process. The measurement results show that the balun achieves low insertion loss and good balance in the band of 24–40 GHz. The results are in good agreement with the simulated ones. The theoretical analysis is verified.     

Compact meta-material transmission line balun based on meander lines structure and MEMS technology

This paper presents a novel compact meta-structure microstrip balun, which is characterized by left-handed properties. In the novel structure, two coupled meander lines are used to generate series capacitor and series inductor. Compared with conventional composite right/left-handed transmission-line structures, the new structure has smaller size and is easily fabricated by MEMS (Micro Electromechanical Systems) technology. Using such a meta-structure, a wide band microstrip balun is designed and fabricated. Good performance in phase error in wide pass band has been achieved.     

无线感应耦合充电系统仿真与设计

无线充电是随着微电子及云计算技术应运而生的无线充电传输技术.其强调体系结构的开放性和可编程性,减少灵活性差的硬件电路,这种预处理技术就是所谓的感应耦合电能传输技术.基于此理念提出了感应耦合电能传输无线充电技术,在无线网络下无线充电工作原理和无线充电技术参数基础上,详细设计了系统功能模块和电路,最后通过函数算法进行了系统测试,模拟实现了无线充电技术的仿真.     

基于SIW技术的毫米波滤波器研究与设计

基于基片集成波导（substrate integrated waveguide,SIW）结构设计了两款四阶的耦合带通滤波器,使用三维全波电磁场仿真软件HFSS对设计的两款滤波器进行了仿真设计和优化.由仿真结果分析得出,两款滤波器的工作频率均位于毫米波频段.第一款SIW滤波器实现了切比雪夫型响应,中心频率为20 GHz,带宽为2 GHz,通带内的插入损耗低于1.5 dB,回波损耗低于-20 dB,在阻带中对信号的衰减程度可以达到50 dB.第二款SIW滤波器实现了准椭圆函数型的响应,中心频率为29.1 GHz,带宽为300 MHz,通带内的插入损耗低于1 dB,回波损耗低于-20 dB,在通带到阻带的过渡中实现了两个陷波点.仿真结果表明,在毫米波滤波器设计中引入SIW结构,有利于优化滤波器尺寸,得到较好的滤波器性能指标,是毫米波滤波器发展的一个重要方向.     

基于电力线信道噪声的真随机数发生器的设计

提出了一种基于电力线信道噪声的真随机数发生器的设计,即通过对电力线信道上的噪声采样的方法来产生随机数。使用EAX加密算法作为后处理算法,消除由于外部干扰产生的偏差和自相关性。通过理论分析和实验验证,可以弥补现有常用真随机数生产法的不足,获得分布均匀、相对独立的随机数。     

基于COMSOL的感应耦合等离子体刻蚀机流体模型

流体动力学模型被广泛地用于感应耦合等离子体（ICP）的仿真,即使连续性方程在这样低的压力下通常会被认为是不适用的。本课题模拟了一个真实的充满氩等离子体的ICP刻蚀机。本模拟基于一个多物理场仿真软件——COMSOL,一种偏微分方程求解器。正如其他的等离子体流体模型所示,在本模型中用漂移扩散近似描述离子,对电子运动用准中性假设,用简化的Maxwell方程计算电磁场,用电子能量方程求解电子温度,用Navier-Stokes方程来描述中性背景气体。本文展示了在功率200W和气压1.33Pa（10 mTorr）条件下的2维等离子体参数分布情况。进而对比了电子数密度和电子温度随功率的变化。我们确信在预测值与真实值之间存在不一致情况,造成这种差异的原因主要是电子能量分布函数（eedf）的麦克斯韦假设以及对碰撞截面和反应速率的缺失。     

Fluid model of inductively coupled plasma etcher based on COMSOL

Fluid dynamic models are generally appropriate for the investigation of inductively coupled plasmas. A commercial ICP etcher filled with argon plasma is simulated in this study. The simulation is based on a multiphysical software, COMSOLTM, which is a partial differential equation solver. Just as with other plasma fluid models, there are drift-diffusion approximations for ions, the quasi-neutrality assumption for electrons movements, reduced Maxwell equations for electromagnetic fields, electron energy equations for electron temperatures and the Navier-Stokes equa-tion for neutral background gas. The two-dimensional distribution of plasma parameters are shown at 200 W of power and 1.33 Pa (10 mTorr) of pressure. Then the profile comparison of the electron number density and temperature with respect to power is illustrated. Finally we believe that there might be some disagreement between the predicted values and the real ones, and the reasons for this difference would be the Maxwellian eedf assumption and the lack of the cross sections of collisions and the reaction rates.