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基于肖特基二极管的310 GHz紧凑型接收机前端

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强激光与粒子束 2024年第8期36卷 44-50页

作者：丁江乔梁启尧蒋均刘戈何月南京信息工程大学电子与信息工程学院南京210044 中国工程物理研究院微系统与太赫兹研究中心成都610200 中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳621999

肖特基混频器是固态太赫兹接收系统的关键部件,与基于超导体-绝缘体-超导体混频器、热电子辐射热计混频器的接收机相比,基于肖特基二极管混频器构建的太赫兹接收机系统不依赖低温附属设备,具有成本低、重量轻、体积小、功耗低等优点。... 详细信息

肖特基混频器是固态太赫兹接收系统的关键部件,与基于超导体-绝缘体-超导体混频器、热电子辐射热计混频器的接收机相比,基于肖特基二极管混频器构建的太赫兹接收机系统不依赖低温附属设备,具有成本低、重量轻、体积小、功耗低等优点。目前基于肖特基二极管混频器构建的太赫兹接收前端结构相对复杂,集成度普遍不高且损耗较大。针对太赫兹接收前端结构复杂、集成度低、损耗大等问题,基于太赫兹肖特基二极管设计了288~318 GHz二次谐波混频器及其本振驱动链路,并基于此混频器构建了太赫兹接收机系统。太赫兹接收机本振驱动链路由一个75 GHz的六倍频功放集成模块与一个150 GHz二倍频模块组成。本振链路的集成化设计使得该接收机集成度大大提高,集成模块尺寸为20 mm×20 mm×43 mm,测试结果表明:在288~318 GHz带宽内,实测的双边带变频损耗为5.8~9.4 dB,噪声温度为1055~1722 K,具有良好的射频性能。

关键词：太赫兹肖特基二极管集成化混频器接收机

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高本振中频隔离超宽带混频芯片设计

电子测量与仪器学报 2024年第3期38卷 86-93页

作者：韩星宇年夫顺代秀张婷中北大学仪器与电子学院太原030051 中电科思仪科技股份有限公司青岛266555

超宽带谐波混频器一般采用本振中频双工器,从本振通路引出中频信号。但是当本振频率和中频频率相近或者重叠时,难以实现本振到中频高隔离。本文采用了不同于常用谐波混频器结构,用射频中频双工器替代了本振中频双工器,从射频通路引出中... 详细信息

超宽带谐波混频器一般采用本振中频双工器,从本振通路引出中频信号。但是当本振频率和中频频率相近或者重叠时,难以实现本振到中频高隔离。本文采用了不同于常用谐波混频器结构,用射频中频双工器替代了本振中频双工器,从射频通路引出中频信号,设计了30~110 GHz 4次谐波混频芯片,并进行了封装实验测试。经测试,4次谐波混频器射频频率30~110 GHz,中频频率1 GHz的变频损耗小于25 dB,DC-15 GHz本振和中频端口间的隔离度可达30 dB,固定本振时中频频率DC-7 GHz变频损耗小于28 dB。因此,本设计可有效隔离频率相近的本振和中频信号,为拓宽中频带宽提供可能。

关键词：混频器谐波混频反向二极管对超宽带

330 GHz集成化T/R组件的设计与实现

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微波学报 2024年第3期40卷 79-84页

作者：凌清岚姚常飞张炎南京信息工程大学电子信息技术与装备研究所南京210044

针对某机载雷达收发组件小型化的应用要求,基于混合微波集成电路技术设计了一种330 GHz集成化收发组件。收发组件主要由本振链路、发射链路以及接收链路三个模块构成。本振链路输入信号经倍频、滤波、放大、功分后发射,并完成回波信号... 详细信息

针对某机载雷达收发组件小型化的应用要求,基于混合微波集成电路技术设计了一种330 GHz集成化收发组件。收发组件主要由本振链路、发射链路以及接收链路三个模块构成。本振链路输入信号经倍频、滤波、放大、功分后发射,并完成回波信号的低噪声接收。该组件采用收发一体化、单级四次倍频的设计思想,通过简化电路拓扑结构实现高集成度、高输出功率的指标要求。所设计的收发组件整体尺寸为65 mm×38 mm×19 mm。实测后得出该收发组件在329 GHz~341 GHz频率范围内,倍频发射功率为2 mW~5 mW,接收机变频损耗为11 dB~13 dB,模块功耗为10.38 W。该组件具备良好的射频性能,并成功应用于某机载雷达系统中。

关键词：太赫兹收发组件集成化四倍频器混频器

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220 GHz铌基超导隧道结混频器设计

低温与超导 2022年第9期50卷 1-7,33页

作者：夏丹蕾何明季鲁左涛郭子玥南开大学电子信息与光学工程学院天津300350 教育部薄膜光电子技术工程研究中心天津300350 中电博微电子科技有限公司合肥23008 中国电子科技集团公司第十六研究所合肥230088

设计了基于铌(Nb)超导隧道结低噪声220 GHz太赫兹混频器。通过锤型(hammer-head)射频截止滤波器的设计减小芯片尺寸,降低信号传输损耗,同时提供更宽的阻带,阻止射频和本振信号的泄露。为有效提高混频效率,建立隧道结模型优化混频电路,... 详细信息

设计了基于铌(Nb)超导隧道结低噪声220 GHz太赫兹混频器。通过锤型(hammer-head)射频截止滤波器的设计减小芯片尺寸,降低信号传输损耗,同时提供更宽的阻带,阻止射频和本振信号的泄露。为有效提高混频效率,建立隧道结模型优化混频电路,使信号平均传输到每个结上。结合软件仿真和数值模拟得到混频器在180-250 GHz的射频范围内具有正向的变频增益,中频输出带宽达到15 GHz,噪声温度小于20 K,介于两倍和三倍量子极限之间。结果表明该设计具有突出的射频、中频带宽和极高的灵敏度。

关键词：超导隧道结混频器太赫兹低通滤波器

基于矢量网络分析仪的混频器测量技术研究及实现

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基于矢量网络分析仪的混频器测量技术研究及实现

作者：林明维电子科技大学

学位级别：硕士

混频器是一种重要的变频器件,已经被广泛的应用在通信系统中,它的性能参数会对通信系统的性能指标产生较大影响。因此,对混频器参数进行准确表征具有非常重要的意义。矢量网络分析仪是测量微波器件的基本仪器,其独特的扫频测量方式能够... 详细信息

混频器是一种重要的变频器件,已经被广泛的应用在通信系统中,它的性能参数会对通信系统的性能指标产生较大影响。因此,对混频器参数进行准确表征具有非常重要的意义。矢量网络分析仪是测量微波器件的基本仪器,其独特的扫频测量方式能够很容易地测量器件的频率响应。传统的矢量网络分析仪仅能实现同频激励响应信号的测量,无法对混频器这类变频器件进行测量。随着现代矢量网络分析仪的发展,集成相位相参接收机和能够进行频偏模式测量的矢量网络分析仪开始出现,利用矢量网络分析仪进行高精度的混频器特性参数测量成为可能。本文将重点研究基于矢量网络分析仪的混频器测量方法,以及测量过程中的误差模型及误差修正方法。本文研究了一种测量混频器特性参数的算法,这种算法能够从幅度和相位两个方面对混频器测量结果进行修正,并通过仿真和实验验证来完善算法,最终完成具有对应功能的算法模块。本文具体的工作内容如下:1.针对混频器的测量特点对矢量网络分析仪线性误差模型进行细化,重点从幅度和相位两个方面完成数据修正。在幅度方面,使用功率计进行接收机误差校准;在相位方面,利用相位相参接收机的特点和梳状波发生器来进行修正。在这个基础上推导得到混频器参数修正的算法,并通过ADS软件进行仿真来验证算法。2.针对混频器测量算法实际应用中可能遇到的问题,搭建测量平台进行实验,这些问题包括不同校准件和不同误差模型对测量结果的影响、跨频段相位跳变的影响和梳状波发生器定标数据的选定。本论文根据实验结果制定了相应的算法修正方案,并在保证具有高测量精度和较快测量速度的情况下提出了合适的混频器测量参数设置方案。3.使用Lab Windows CVI设计了基于矢量网络分析仪硬件的测量功能拓展模块,完成工作流程和程序界面设计,并设计了具体实验来验证该模块的有效性。实验结果表明使用这种算法能够准确获取混频器的反射、传输以及群时延等参数。

关键词：混频器矢量网络分析仪相位相参接收机相位校准

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基于BiCMOS工艺的衰减器和混频器设计

基于BiCMOS工艺的衰减器和混频器设计

作者：张超杭州电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着无线通信技术的飞速发展,射频收发机的应用场景越来越多。射频前端芯片是无线通信的基础,射频收发机影响着无线通信系统的通信性能。作为射频收发机的关键组成部分,高性能的衰减器和混频器具有十分重要的研究价值。本文主要... 详细信息

近年来,随着无线通信技术的飞速发展,射频收发机的应用场景越来越多。射频前端芯片是无线通信的基础,射频收发机影响着无线通信系统的通信性能。作为射频收发机的关键组成部分,高性能的衰减器和混频器具有十分重要的研究价值。本文主要针对宽带数控衰减器附加相移较大、衰减量平坦性较差,下变频混频器射频信号泄漏所导致的增益下降和噪声恶化的问题进行深入研究,然后进行了相应的改进。论文的主要工作和创新点如下:针对宽带数控衰减器附加相移较大、衰减量随频率变化较大的问题,基于0.13μm Si Ge Bi CMOS工艺设计了一款工作频率为17 GHz～42 GHz的5-bit数控衰减器。该衰减器大衰减单元使用π型结构,在衰减网络中引入并联电容补偿由频率变化引起的衰减量变化,实现较好的带内平坦性。小衰减单元则使用简化T型结构,减小衰减器的插入损耗。链路中的每个衰减单元都采用电容补偿网络,减小附加相移。版图仿真结果显示,在17 GHz～42 GHz频带范围内,该衰减器的衰减步进为0.5 dB,RMS幅度误差小于0.25 dB,附加相移为-1.25°～1°,插入损耗小于5.5 dB。针对有源下变频混频器射频信号泄漏所导致的增益下降和噪声恶化的问题,基于0.13μm Si Ge Bi CMOS工艺设计了一款工作频率为17 GHz～42 GHz的有源下变频混频器。该混频器由片上无源巴伦和有源双平衡混频器组成,通过在混频器的跨导级和开关级之间引入串联电感,减小射频信号的泄漏,从而提高增益、减小噪声。在射频输入管发射极采用串联电感负反馈技术,提高混频器的线性度。版图仿真结果显示,射频输入频率为17 GHz～42 GHz,中频输出频率为600 MHz时,混频器的转换增益为5.1 dB～6.3 dB,单边带噪声系数为6.4 dB～8.68 dB,三个端口之间的隔离度都在20 dBc以上。

关键词：数控衰减器混频器附加相移噪声线性度

基于射频前端的超宽带低噪放和高隔离无源混频器设计

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基于射频前端的超宽带低噪放和高隔离无源混频器设计

作者：陈翔杭州电子科技大学

学位级别：硕士

步入新世纪后,我国在5G技术研究上取得了突破性进展,相比于现今主流的4G移动通信,5G网络拥有更大的通信容量和更快的数据传输速率。射频前端作为无线通信系统重要的组成部分,其技术瓶颈主要是低噪声放大器(Low noise amplifier)、混频器... 详细信息

步入新世纪后,我国在5G技术研究上取得了突破性进展,相比于现今主流的4G移动通信,5G网络拥有更大的通信容量和更快的数据传输速率。射频前端作为无线通信系统重要的组成部分,其技术瓶颈主要是低噪声放大器(Low noise amplifier)、混频器(Mixer)等,这些组件很大程度决定了接收系统的性能。然而,晶体管电压电流裕度与高频寄生效应限制了低噪声放大器与混频器的整体性能,无法满足未来通信系统的要求,因此对射频前端组件中低噪声放大器与混频器的研究具有较大的意义。本文将采用砷化镓赝型高电子迁移率晶体管(p HMET)工艺,探索宽带低噪声放大器和高隔离混频器的设计方法。本文取得的主要成果如下:1)针对民用通信系统需求,利用共源共栅结构在0.15μm Ga As工艺上设计了一款超宽带低噪声放大器,完成原理图仿真、版图EM仿真和流片,以及后续的批量测试。在设计过程中,本文通过推导传输矩阵的方式讨论了共源共栅放大结构的频响特性和低频稳定性,从而采用R-C负反馈结构并选用合适的片外射频扼流器件提高了放大器的低频稳定性,并利用负载牵引选择合适的输出匹配结构同时优化了LNA的线性度和输入回波。最终设计的超宽带低噪声放大器的频率范围为0.02-6 GHz,在带宽内的平均增益为21 d B,增益平坦度为1 d B,最低噪声系数为0.6 d B,该低噪声放大器还具有良好的线性度,其输出1 d B压缩点为21 d Bm,输出三阶交调为33.5 d Bm,芯片尺寸为1.3 mm×1.1 mm×0.1 mm。2)针对电子对抗和监测运用,利用共栅结构作为输入级在0.1μm Ga As工艺上设计了一款高频超宽带低噪声放大器,完成原理图仿真、版图EM仿真和流片。设计过程中,本文通过小信号等效分析并结合仿真软件研究了宽频带下共栅结构的潜在不稳定区域,并利用衰减和反馈结构进行规避,同时利用共栅结构和负载调制技术补偿了部分高频增益。最终设计的超宽带低噪声放大器的频率范围为8-50 GHz,在带宽内的平均增益为20 d B,增益平坦度为1d B,最低噪声系数为4 d B,输出1 d B压缩点为15 d Bm,芯片尺寸为1.3 mm×1.1mm×0.05 mm。3)针对卫星通讯领域,利用一种在超宽带上具有高度幅相一致性的无源巴伦,在0.25μm Ga As工艺设计了一款无源混频器。在设计过程中,本文通过对该无源巴伦与常用Marchand巴伦进行对比,验证了其幅相一致性好且随端口阻抗变化波动小的特点,从而设计了一款高隔离度、高线性度的无源双平衡混频器。最终设计的混频器射频工作频率范围为0.7-1.1GHz,本振工作频率范围为0.8-1.2 GHz,变频损耗为9 d B,本振到中频隔离度大于20 d B,本振到中频隔离度大于40 d B,输入P1d B大于22 d Bm,输入IP3大于31 d Bm,芯片尺寸为3.5 mm×3.5 mm×0.1 mm。

关键词：射频宽带放大器巴伦混频器

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宽带混频器集成电路研究与设计

宽带混频器集成电路研究与设计

作者：曾慧坤电子科技大学

学位级别：硕士

无线通信的飞速发展使得通信越发便捷,但紧凑终端和多样化、复杂化的网络制式也对射频电路系统的带宽提出了更高的要求。混频器作为射频链路中的重要一环,其性能也受到很多关注,且在射频系统中采用宽带混频器,同窄带混频器相比,可以避... 详细信息

无线通信的飞速发展使得通信越发便捷,但紧凑终端和多样化、复杂化的网络制式也对射频电路系统的带宽提出了更高的要求。混频器作为射频链路中的重要一环,其性能也受到很多关注,且在射频系统中采用宽带混频器,同窄带混频器相比,可以避免混频通道的多分支设计,降低系统设计复杂度,减小芯片尺寸。针对此,本论文先介绍了混频器在射频链路中的意义和作用,并对混频器宽带化技术进行了广泛的调研,以便针对具体的项目需求确定合适的技术路线。接着介绍了混频器的一般工作原理和主要性能指标,并对混频器主要拓扑结构进行了详尽的阐述。然后介绍了巴伦的基础和常用拓扑结构,以面对不同的场景需求进行针对性地选取。最后,为满足民用和军用领域对于宽带混频器的需求,以Ga As工艺为平台,设计了一款宽带下变频混频器。该混频器以无源双平衡混频器为基础进行射频信号与本振信号的混频操作。由于无源混频器的带宽主要受限于巴伦,有源巴伦易于实现宽带指标,但由于无源双平衡结构在单个射频端口,依旧有较大的本振信号馈入其中,从而让晶体管预先饱和,进而限制整体的线性度。为了提高混频器带宽且不抑制无源混频器的线性度,本论文采用鲁塞夫(Ruthroff)结构进行无源巴伦的设计。所设计的鲁塞夫巴伦为三电感器配置,其中两电感平行螺旋绕制形成耦合线巴伦,第三电感进行相位和幅度平衡的辅助调节。此外,为了补偿无源混频器的转换损耗和降低本振注入功率,还相继设计了中频输出驱动放大器(buffer)和本振输入buffer。二者皆采用分布式结构,每级放大单元采用Cascode结构放大器,以实现宽带和高反向隔离。通过合理版图规划和迭代优化,整体电路版图电磁仿真结果表明所设计混频器射频覆盖4.5GHz到18GHz,中频覆盖0.8GHz到4.5GHz,增益范围为从-0.5d B到2 d B,波动2.5d B;单边带噪声范围为从10d B到13d B;1d B输入压缩点范围为从-1d Bm到2.8d Bm。整体性能指标满足且优于项目指标要求。

关键词：混频器宽带 GaAs

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应用于抗阻塞接收机的无源混频器设计

应用于抗阻塞接收机的无源混频器设计

作者：梁媛东南大学

学位级别：硕士

在几十年发展中，无线通信技术蓬勃发展，无线通讯设备也大量增加，使当前频谱逐渐拥挤，这对接收机的抗阻塞能力提出巨大挑战。下变频混频器作为接收机系统中的核心模块，其性能直接决定着整个系统的下限。因此，研究应用于抗阻塞接收... 详细信息

在几十年发展中，无线通信技术蓬勃发展，无线通讯设备也大量增加，使当前频谱逐渐拥挤，这对接收机的抗阻塞能力提出巨大挑战。下变频混频器作为接收机系统中的核心模块，其性能直接决定着整个系统的下限。因此，研究应用于抗阻塞接收机的下变频混频器具有重要意义。　　本论文基于22nmCMOS工艺设计了一种应用于抗阻塞接收机的混频器。该混频器主要包括无源混频开关电路、本振信号发生器、基带电容阵列以及带有直流抵消的基带放大电路。无源混频开关电路与基带开关电容阵列构成了带宽可重构的阻抗转移网络，具有灵活的抗阻塞功能。本振信号发生器提供占空比为25％的矩形波本振信号，以提高整体下变频混频器的性能。基带放大电路在提供增益的同时通过负反馈的方式进行直流抵消，以防止直流偏差影响整体接收机的正常工作。论文给出了电路设计、前仿真、版图设计与后仿真。TT工艺角后仿真结果表明：工作频率于2.4~5.25GHz内，在电源电压1V下，基带带宽可以满足在10MHz和50MHz切换，电压转换增益大于18.3dB，双边带噪声系数小于12.2dB，输入1dB压缩点大于-24.3dBm，抗阻塞抑制比在400MHz频偏处大于20.2dB，工作电流小于6.2mA。　　本文设计的下变频混频器满足设计指标要求，可应用于有抗阻塞要求的零中频接收机中。

关键词：混频器零中频接收机直流偏差抗阻塞