硅基射频毫米波多通道前端关键模块研究与设计

超宽带毫米波接收前端设计张先荣【摘要】针对传统超宽带射频前端组合杂波干扰过多和体积过大的问题,提出了将射频前端通过采用毫米波二次变频的设计方案,使得输入中频和输出射频之间的频率间隔加大,削弱了混频导致的频率组合、杂散和本振反向辐射等干扰。

通过对器件功率及电平的合理配置,实现了低噪声、宽频带、大动态的输出,在大于4 GHz的接收频段内,其噪声系数小于3.6 dB,动态范围大于55 dBm。

该接收前端还具备低成本、结构紧凑、重量轻等特点,可广泛应用于电子对抗、宽带侦察接收系统。

%To solve the problem of the combined frequency interference and large size in conventional wide-band receiver front-end,a millimeter wave double conversion scheme is proposed in this paper,which ex-pands the interval between input intermediate frequency and output radio frequency so as to weaken the combination frequency interference,output spur and back radiation of local oscillator decrease. By configu-ring power and supply voltage of device properly,low noise,wideband and large dynamic range at output is realized wi th noise figure≤3. 6 dB and dynamic level≥55 dBm in bandwidth>4 GHz. The designed front-end is featured by low cost,compact structure and light weight and it can be widely applied in electronic countermeasure,wideband reconnaissance system and other fields.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2016(056)007【总页数】5页(P799-803)【关键词】毫米波接收前端;超宽带;大动态范围;二次变频【作者】张先荣【作者单位】中国西南电子技术研究所，成都610036【正文语种】中文【中图分类】TN85随着电子信息技术的快速发展，密度越来越高的各类信号所占用的电磁频谱越来越宽，使得频谱资源日益紧张。

白皮书2020-115G微波毫米波特别工作组2020 5G毫米波技术白皮书目录引言 (3)第一部分：毫米波应用场景研究 (5)1室外覆盖 (5)2室内覆盖 (8)3固定无线宽带接入 (11)4冬奥会中5G毫米波的应用 (12)参考文献 (12)第二部分：毫米波频谱规划 (13)1国际毫米波频率进展 (13)2国内毫米波频率使用概况和发展 (18)3毫米波频段产业发展概况 (19)4毫米波频段规划建议 (20)第三部分：5G毫米波专用芯片、器件与工艺 (22)15G毫米波专用芯片、器件与工艺需求分析 (23)1.1 5G毫米波通信应用背景及关键技术 (23)1.2 5G毫米波专用芯片、器件与工艺需求 (23)25G毫米波专用芯片、器件与工艺技术现状 (25)2.1 硅基5G毫米波芯片、器件与工艺技术现状 (25)2.2 化合物5G毫米波芯片、器件与工艺技术现状 (28)2.3 5G毫米波AiP技术与三维集成技术状况 (34)35G毫米波专用芯片、器件与工艺方案分析 (35)3.1 5G毫米波芯片、器件与工艺解决方案分析 (35)3.2 总结 (40)45G毫米波专用芯片、器件与工艺发展建议 (41)参考文献 (43)第四部分：5G毫米波天线设计 (44)15G手机毫米波天线设计 (44)1.1 需求与现况 (44)1.2 挑战与限制 (48)1.3 对策与方案 (53)1.4 演进与总结 (57)25G基站毫米波天线设计 (60)2.1 需求与背景 (60)2.2 毫米波基站天线的波束赋形技术 (60)2.3 毫米波多波束天线 (62)2.4 毫米波相控阵天线 (64)参考文献 (69)第五部分：5G毫米波测试原理、方法与专用设备 (72)1背景 (73)1.1 5G毫米波测试问题与挑战 (73)1.2 5G毫米波测试现状与标准进展 (74)25G毫米波测试系统 (76)2.1 微波毫米波暗室测试环境 (77)2.2 5G毫米波测试仪器 (81)35G毫米波设备的特点 (83)3.1 毫米波基站设备的特点 (83)3.2 毫米波终端设备的特点 (85)4毫米波设备方向图校准与测量 (86)4.1 基于远场的方向图校准与测量 (87)4.2 基于紧缩场的方向图校准与测量 (90)4.3 基于近场的方向图校准与测量 (91)4.4 其它方向图校准与测量方法 (93)55G毫米波设备射频指标测试与评估 (95)5.1 毫米波终端射频指标测试 (95)5.2 毫米波基站射频指标测试 (102)65G毫米波系统性能测试 (112)6.1 混响室法 (112)6.2 辐射两步法 (113)6.3 多探头法 (114)6.4 端到端测试 (116)7毫米波卫星通信测试简述 (117)7.1 卫星通信 (117)7.2 卫星通信系统测试 (118)8总结 (119)参考文献 (120)缩略语 (121)致谢 (123)引言2020年是颇具挑战的一年，一场突如其来的疫情延缓了世界经济发展的脚步，却也催生出新的经济发展、行业转型模式。

硅基芯片TRL校准件的设计与制作作者：甄建宇陈娜来源：《现代信息科技》2020年第20期摘要：為了满足在K/Ka频带下设计硅基芯片电路时对器件模型精确测试的要求，文章分析了实现精确校准的硅基芯片TRL校准技术。

根据TRL校准原理设计并制作了相应的校准件，用去嵌入的方式提取了片上电感、电容模型。

在20 GHz～ 30 GHz高频应用中，验证了模型的准确性。

实际测试结果表明该校准件达到了预期效果，仿真值与实测值拟合一致性好。

关键词：硅基芯片;TRL校准技术;去嵌入中图分类号：TN386 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）20-0023-04The Design and Manufacture of TRL Calibration Part for Silicon-based ChipZHEN Jianyu1，CHEN Na2（1.The 13th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Shijiazhuang 050051，China;2.China Electronics Import and Export Co.，Ltd.，Beijing 100036，China）Abstract：In order to meet the requirements for precise testing of device models when designing silicon-based chip circuits in the K/Ka band，the article analyzes the TRL calibration technology of silicon-based chips that can achieve precise calibration. According to the TRL calibration principle，the corresponding calibration part was designed and manufactured，the inductance and capacitance models on chip were extracted by means of de-embedding. In 20 GHz～30 GHz high frequency applications，the accuracy of the models was verified. Measurement results show that the calibration part achieved the desired results，the simulated value and the measured value are in good agreement.Keywords：silicon-based chip;TRL calibration technology;de-embedding0 引言硅基芯片电路具有低成本、高集成度的特点。

新一代无线通信系统关键技术研究随着信息技术的不断发展，无线通信已经成为人们生活中不可或缺的一部分。

而新一代无线通信系统的研究和发展则更加迫切。

本文主要讨论新一代无线通信系统的关键技术研究。

一、多天线技术随着用户对无线通信质量和带宽要求的提高，多天线技术成为提高系统性能和增加频谱利用率的主要手段。

多天线技术有多种实现方式，其中最常用的是MIMO（Multiple Input Multiple Output）技术。

MIMO系统可以通过同时使用多个天线发送和接收信号，从而提高系统的信号传输速率和可靠性。

它是实现无线宽带通信和扩大通信距离的有效途径。

二、毫米波通信技术毫米波通信技术是信号波长处于毫米级别的无线通信技术，通常指频率范围在30GHz到300GHz之间的频段。

毫米波通信技术具有宽频带、高速率、较低的传输延迟和较小的射频器件等优点，因此被认为是下一代无线通信技术的重要方向。

然而，毫米波通信技术还面临很多挑战，如衰减和折射等问题，需要在信号处理、天线设计和移动终端等方面进行深入研究和探索。

三、集成电路和射频前端技术新一代无线通信系统需要实现更高的带宽和更低的传输延迟，因此需要采用更先进的集成电路和射频前端技术。

这些技术可以提高系统的性能和能耗效率，降低成本和尺寸。

集成电路技术可以将多个功能模块集成到单个芯片中，从而提高系统的整体性能和可靠性。

射频前端技术是指射频信号处理和转换的前端电路，用于将数字信号转换为模拟信号进行传输。

在新一代无线通信系统中，需要设计更加高效、高速和精确的射频前端电路来满足更高的带宽和更低的传输延迟要求。

四、安全技术随着无线通信应用越来越广泛，网络安全风险也越来越突出。

新一代无线通信系统需要在保证高速率和广泛应用的同时，也要保证网络安全。

安全技术包括加密、数字签名、身份认证、访问控制等多个方面，它们共同构成了一个完整的安全机制。

为了保障新一代无线通信系统的安全，需要开展相关技术研究，包括算法设计、密钥管理、安全协议等方面。

摘要摘要本文主要工作是设计一个超宽带多通道倍频组件，该组件的输入信号频率为2 GHz- 4GHz，输入功率为0 dBm，输出频率为4 GHz-16 GHz，输出功率为13 dBm，同时要实现八路输出。

根据项目需要我们要将每路输出信号分成四个频带，分别为4 GHz-5.6 GHz；5.6 GHz-8 GHz；8 GHz-11.2 GHz；11.2 GHz-16 GHz，并通过逻辑开关的控制来进行输出频带的切换。

在目前的通信领域中，宽带通信具有非常重要的意义，本文开始就对目前关于宽频系统组件及相关的领域的发展做了介绍，明确了本文的研究背景及研究意义。

通过对系统指标的分析，我们在本文的第二章阐述了关于系统方案设计的思路及过程，从总体上把握了系统的组成，并明确了整个系统工作所需要的几个关键模块。

并对整个系统进行了指标分析，明确了每个模块相应的指标，指导了后续模块的设计。

第三章具体讲述了系统中每个模块的相关设计。

主要包括开关滤波组件，放大均衡组件，功分放大组件。

我们在开关滤波组件中主要进行了四个滤波器的设计，滤波器统一采用交指结构，并利用Ansoft公司的HFSS仿真软件进行建模与仿真分析。

根据仿真结果我们加工了一个4 GHz-5.6 GHz的滤波器实物，并将测试结果与仿真结果进行了对比和分析。

在放大均衡组件的设计中，我们使用电路仿真软件ADS，结合放大器的s2p文件所提供的S参数曲线来进行均衡器的设计。

均衡器的结构采用三级电阻加载式，这种结构具有体积小，设计快捷等优点。

从实测结果来看，均衡器在实现了4 GHz-16 GHz整个工作频带内具有1.5 dB的幅度均衡量，与仿真结果稍有差异。

由于均衡放大组件的测试需要，我们还进行了放大器偏置电路与电源保护电路的设计，以确保放大器工作的安全稳定。

功分放大组件的设计中我们主要完成了一个四阶威尔金森功分器的设计。

功分器在整个工作频带内的插入损耗不超过0.5 dB，回波损耗大于15 dB，隔离度可达到20 dB以上。

Ka波段硅基分布式MEMS传输线移相器射频特性研究作为一种新型的射频微机电系统(RF MEMS:Radio Frequency MicroElectroMechanical Systems)器件,分布式MEMS传输线(DMTL: Distributed MEMS Transmission Line)移相器因其具有损耗低、体积小、重量轻、以及与集成电路加工工艺相兼容等特点,已经越来越广泛地应用在相控阵雷达、微波通信、卫星通信以及微波测量等领域,其工作稳定性、可靠性以及射频性能在应用系统中起着关键作用。

伴随着DMTL移相器的广泛应用,其射频性能问题一直是人们关注的焦点之一。

特别是近年来,DMTL移相器朝多位数字式结构、更高频通信系统应用以及集成化方向发展,从而对DMTL移相器的机械性能、射频性能以及封装结构提出了新的要求。

为此,本文对硅基DMTL移相器MEMS电容开关的下拉电压、响应时间和动态特性进行了理论分析和数值计算,并针对传统毫米波段DMTL移相器的射频性能、分析方法和封装结构在实际应用中存在的问题进行了深入系统地研究。

鉴于DMTL移相器含有可动机械部件,其机械性能和射频特性等理论分析方法还不够完善,因此,本文首先针对静电驱动分布式MEMS传输线移相器的下拉电压和响应时间展开研究。

采用理论模型和仿真验证相结合的方法从多个角度对DMTL移相器的MEMS电容开关进行机械性能分析,探讨和总结MEMS桥几何尺寸、材料性能等因素与下拉电压和响应时间之间的基本规律,目的是为RF MEMS器件的分析、设计和应用提供一定的理论依据。

其次,本文针对DMTL移相器的MEMS桥动态特性展开研究,在考虑多种物理因素情况下建立MEMS桥的二维分布动态方程,并采用有限元多物理耦合场方法研究静态加载和动态加载下MEMS桥的动态特性,从而获得了在静态和动态加载情况下残余应力、伸长效应、加载电压、外界机械力的加载模式以及加载模式的振幅、周期和频率对MEMS桥的非线性动态特性影响的基本规律,为分布式MEMS传输线移相器MEMS桥设计和可靠性研究提供了理论基础。

现代电子技术Modern Electronics TechniqueOct. 2023Vol. 46 No. 202023年10月15日第46卷第20期0 引 言毫米波通信具有波束窄、尺寸小、探测能力强等优点[1]，已成为当前移动通信研究的热点。

早期毫米波雷达主要应用于军事领域，近年来随着雷达技术的发展，毫米波雷达传感器开始应用于汽车电子、无人机、智能交通等民用领域[2⁃3]。

毫米波雷达具有精度高、抗干扰能力强、全天候全天时、高分辨率、多目标等优点。

2017年5月16日，美国德州仪器（TI ）全球发布了AWR 和IWR 两个系列的毫米波雷达传感器，面向汽车领域和工业领域。

本文使用TI 公司的毫米波雷达AWR1243boost 开发板作为系统的射频前端传感器。

AWR1243器件是一款能够在76~81 GHz 频带内运行的集成式单芯片FMCW 收发器，主要集成了小数分频PLL 、发射器、接收器、基带和ADC ，具有4 GHz 的可用带宽、3个发射通道和4个接收通道。

AWR1243评估板上还集成了77 GHz 毫米波MIMO 天线、频率为40 MHz 的时钟晶振、与外部处理器进行控制连接的SPI 接口以及与外部处理器进行数据连接的MIPI D⁃PHY 和CSI2 V1.1接口[4]。

AWR1243芯片的架构如图1所示。

针对毫米波雷达射频前端的高速数据，毫米波雷达采集数据系统应具有高数据采集速率、大数据容量以及较高的可移植性等特点。

现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array, FPGA ）具有并行运算能力强、实时性好等优点，可以满足毫米波雷达射频前端高速数据的需求。

本文提出一种以FPGA 、USB 为数据传DOI ：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2023.20.006引用格式：孙黄悦，于映.毫米波雷达数据采集系统设计[J].现代电子技术，2023，46（20）：28⁃32.毫米波雷达数据采集系统设计孙黄悦， 于 映（南京邮电大学 集成电路科学与工程学院， 江苏 南京 210023）摘 要： 随着毫米波雷达逐渐民用化，毫米波通信已成为当前移动通信的研究热点。