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e波段矩形环对角双杆行波管的研究

科学技术创新 2024年第17期 221-224页

作者：朱焜魏望和丁文豪江西理工大学江西赣州

高功率、宽频带是当前科研人员研究行波管的主流方向,中国工信部最新规定e波段的频率范围在71-76 GHz/81-86 GHz。虽然传统的环圈慢波结构有更高的互作用阻抗,但是当其达到e波段及以上由于其结构特点在现实中难以加工,所以难以实现工作... 详细信息

高功率、宽频带是当前科研人员研究行波管的主流方向,中国工信部最新规定e波段的频率范围在71-76 GHz/81-86 GHz。虽然传统的环圈慢波结构有更高的互作用阻抗,但是当其达到e波段及以上由于其结构特点在现实中难以加工,所以难以实现工作在e波段,为了提升输出功率,本文设计了e波段矩形环对角双杆慢波结构行波管的研究,对其进行注波互作用模拟仿真和计算,带状电子注采用19.1 kV的电压,电流为0.14 A的条件下,行波管可获得最大400 W的瞬时输出功率,增益为46.02 dB、电子效率15%。

关键词：矩形环对角双杆行波管注波互作用 e波段

e波段3.5 W GaN宽带高功率放大器MMIC

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固体电子学研究与进展 2022年第1期42卷 1-4页

作者：戈勤陶洪琪王维波商德春刘仁福袁思昊南京电子器件研究所南京210016 微波毫米波单片集成与模块电路国家重点实验室南京210016

基于自主开发的100 nm GaN高电子迁移率晶体管(HeMT)工艺,研制了一款工作频段覆盖e波段(60~90 GHz)的宽带高功率放大器芯片。放大器采用密集通孔结构的共源极晶体管,降低寄生效应,提高器件的高频增益。同时采用三级级联拓扑结构,结合紧... 详细信息

基于自主开发的100 nm GaN高电子迁移率晶体管(HeMT)工艺,研制了一款工作频段覆盖e波段(60~90 GHz)的宽带高功率放大器芯片。放大器采用密集通孔结构的共源极晶体管,降低寄生效应,提高器件的高频增益。同时采用三级级联拓扑结构,结合紧凑的微带线宽带匹配电路,在60~92 GHz频率范围内,典型线性增益达到10.4 dB,增益平坦度为±1 dB,输入输出回波损耗小于等于-11 dB。通过行波式功率合成网络,在连续波状态下,芯片全频带内饱和输出功率不低于1.7 W。在64 GHz,最高输出功率达到3.5 W,相应功率增益为8.4 dB,功率附加效率为12.6%。

关键词： GaNHeMT e波段宽带高功率 MMIC

基于eBG封装技术的e波段功率合成放大器研究

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固体电子学研究与进展 2022年第3期42卷 170-176页

作者：吉小莹朱翔孙健健成海峰南京电子器件研究所南京210016 东南大学毫米波国家重点实验室南京210096

基于过模波导功率合成技术及电磁带隙(eBG)的封装结构,设计并制作了工作在71~76 GHz、81~86 GHz的两款4路e波段功率合成放大器。设计的波导T型结功分/合成结构将标准波导通过阶梯渐变波导转换至过模波导,降低了高频功率合成器的加工难度... 详细信息

基于过模波导功率合成技术及电磁带隙(eBG)的封装结构,设计并制作了工作在71~76 GHz、81~86 GHz的两款4路e波段功率合成放大器。设计的波导T型结功分/合成结构将标准波导通过阶梯渐变波导转换至过模波导,降低了高频功率合成器的加工难度,实现了e波段高效功率合成。设计了周期性金属销钉形成的eBG结构,抑制了金属腔体在高频时产生的谐振模式和平行板模式,提高了腔体的隔离度,实现了高频功率器件的封装。研制的两款固态功率放大器经测试,在71~76 GHz和81~86 GHz范围内,合成功率典型值为8.5 W和7.9 W,典型电源转换效率为12.1%和14.4%,两款功放的T型结合成效率都超过92%。

关键词： e波段功率分配、合成器电磁带隙结构固态功率放大器

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e波段双工波导缝隙阵列天线的设计

E波段双工波导缝隙阵列天线的设计

作者：余亮杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着技术进步与5G到来,毫米波通信系统凭借着高传输数据速率,低延迟成为点对点无线链路的首选。e波段(71-76/81-86GHz)具有高达10GHz的可用带宽,较低的大气衰减,成为目前点对点无线回传研究的热点。双工器和高增益天线是高容量5G、B5G/6... 详细信息

随着技术进步与5G到来,毫米波通信系统凭借着高传输数据速率,低延迟成为点对点无线链路的首选。e波段(71-76/81-86GHz)具有高达10GHz的可用带宽,较低的大气衰减,成为目前点对点无线回传研究的热点。双工器和高增益天线是高容量5G、B5G/6G移动通信的核心器件,二者的高效集成能大幅减小整个通信系统的尺寸。设计一款集成双工器的阵列天线具有一定实际意义。本文首先设计了基于脊波导的e波段集成双工-功分器,该双工-功分器能紧凑的集成到阵列天线的馈电网络中,具有工作带宽宽,结构紧凑等优点。仿真结果显示,在71-76 GHz范围内,端口1的回波损耗大于15.8d B;在81-86 GHz范围内,端口2的回波损耗大于14.2d B,两输出端口的输出信号一致性较好,通道间隔离度大于41 d B。其次设计了2×2子阵波导缝隙天线,采用5层结构,分层依次设计,最后堆叠整体优化。采用单脊波导到矩形波导的过渡结构来优化M5和M4层,在空腔的宽边和窄边中心处均加载金属脊,抑制M3层高次模的干扰,M2和M1层采用尺寸不同的缝隙构成两节阻抗变换器,拓展天线工作带宽。最后,本文基于双工-功分器、功分馈电网络及子阵波导缝隙天线,设计了一款16×16双工波导缝隙阵列天线,总体尺寸为131mm×64mm×7mm。仿真和实测结果显示,在71-76/81-86GHz范围内,端口回波损耗大于10d B,通道间的隔离度大于41d B。半功率主瓣宽度≤±2°,通道平均增益大于30d Bi,效率为60%～70%。

关键词：毫米波通信 e波段双工-功分器双工波导缝隙阵列天线

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e波段毫米波多通道宽带收发前端研究

E波段毫米波多通道宽带收发前端研究

作者：徐小力电子科技大学

学位级别：硕士

随着现代无线通信行业对带宽密集型应用需求的不断增长,高容量毫米波(millimeter wave,mm Wave)系统的使用需求正在加速增长。60 GHz-90 GHz频率范围被称为e波段,其中71-76 GHz和81-86 GHz两个授权频段总带宽可达10 GHz,在e波段中处于... 详细信息

随着现代无线通信行业对带宽密集型应用需求的不断增长,高容量毫米波(millimeter wave,mm Wave)系统的使用需求正在加速增长。60 GHz-90 GHz频率范围被称为e波段,其中71-76 GHz和81-86 GHz两个授权频段总带宽可达10 GHz,在e波段中处于大气衰减的低点,具有很大的应用前景。本文研究和设计了一种e波段毫米波多通道宽带收发前端。具体研究内容如下:首先介绍了毫米波无线通信的优势和国内外在e波段无线通信方面的研究成果,之后介绍了几种传统收发机架构和典型e波段收发机架构,对比了几种频率合成技术并介绍了收发前端的重要性能指标。其次,对e波段毫米波多通道宽带收发前端进行设计,将系统细分为射频收发模块、中频收发模块、本振模块和主电源与控制模块四个模块,完成各模块的指标分析、芯片选型、链路仿真和电路实现。该收发前端的特点有:多通道,支持双极化多流传输和波束对准与跟踪;高灵活性,高发射功率与小体积可用于搭配各类天线,如喇叭天线、高增益阵列和卡塞格伦天线,完成远距离传输,可覆盖e波段授权频段;具有完备的系统功能。最后对系统进行测试,先测试发射模块、接收模块、本振模块和系统直连的各类指标,之后进行系统在搭配不同天线系统和不同距离下的无线传输测试。测试结果表明,71-76 GHz和81-86 GHz系统直连时可传输1 GHz带宽的64QAM调制信号,搭配喇叭天线在近距离可传输1GHz带宽的16QAM调制信号;81-86 GHz系统搭配高增益阵列和卡塞格伦天线在50km距离可传输300MHz带宽的QPSK调制信号,支持多流传输和波束跟踪。

关键词： e波段收发前端无线通信

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e波段4D毫米波雷达前端的研制

E波段4D毫米波雷达前端的研制

作者：周钟兵电子科技大学

学位级别：硕士

车载毫米波防撞雷达作为保障汽车安全的重要组成部分,推动着智能交通的发展。其中,4D毫米波雷达因其能够对俯仰角度进行精准测量,实现点云成像,比传统的车载毫米波雷达具有更高的分辨率和准确率,引起广泛关注。本课题通过对e波段4D毫米... 详细信息

车载毫米波防撞雷达作为保障汽车安全的重要组成部分,推动着智能交通的发展。其中,4D毫米波雷达因其能够对俯仰角度进行精准测量,实现点云成像,比传统的车载毫米波雷达具有更高的分辨率和准确率,引起广泛关注。本课题通过对e波段4D毫米波雷达前端电路的研究,完成以下设计工作:1.多通道级联方案的设计。通过比较多个主要车载芯片厂家,最终选定使用TI的AWR1243作为收发芯片,并初步设计了级联方案。2.射频模块电路的设计。应用功分器原理,对运用于本振功分网络的威尔金森功分器进行了设计,插入损耗约为3.2d B,回波损耗约为27d B,端口隔离度约为33d B。通过在半波谐振器加载开路枝节微带线的方法设计出一款应用于交叉通道的微带滤波器,在芯片的射频和本振通道实现了各自通道的低插损,并抑制了交叉通道的信号,保证了各自通道的信号纯净度。3.微带阵列天线的设计。首先介绍微带天线和阵列天线的原理,根据设计指标,用基本雷达方程原理推算出天线的设计指标,将道尔夫-切比雪夫电流分布运用于对中心频率为79GHz的微带线阵与面阵天线的设计建模与仿真。接着将最小冗余阵的概念与MIMO原理相结合,提出一种简便的确定最小冗余阵的方法,并应用于天线布局,随后用MUSIC算法验证了布局设计的合理性,最后将射频模块电路和天线模块进行整体仿真,仿真结果符合设计指标。4.原理图和PCB版图的设计。翻阅AWR1243的用户手册,根据系统的电源要求,以及其他外围电路的设计要求,进行器件选型和原理图设计,随后绘制PCB版图并进行投板。5.测试验证。对发射端的带宽,方向图及雷达的基本性能进行测试,进一步验证了此e波段4D毫米波雷达前端电路研制方案的可行性。

关键词： e波段 4D雷达前端多通道级联 MIMO 最小冗余阵

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e波段毫米波远距离传播特性研究

E波段毫米波远距离传播特性研究

作者：杨航电子科技大学

学位级别：硕士

随着各种新兴应用的不断出现,人们对高速率、低延迟、广覆盖的通信数据传输有了越来越高的需求,而对于多数偏远地区场景来说,通信质量提高的关键在于建立高速回传系统。e波段毫米波(Millimeter-Wave,Mm-Wave),即频率在71-76 GHz与81-86 ... 详细信息

随着各种新兴应用的不断出现,人们对高速率、低延迟、广覆盖的通信数据传输有了越来越高的需求,而对于多数偏远地区场景来说,通信质量提高的关键在于建立高速回传系统。e波段毫米波(Millimeter-Wave,Mm-Wave),即频率在71-76 GHz与81-86 GHz范围内的无线信号,被认为十分适用于建设远距离无线回传系统。由于e波段的超大带宽和相对较低的大气衰减,e波段在提供吉比特级别的通信速率和远距离传输方面有着明显优势。在无线通信系统设计中,全面了解无线信道特性及其对信号传播的影响是非常重要的,因此有必要对远距离e波段信道开展信道测量工作。针对偏远地区的远距离e波段无线信道测量,本文研究设计了一套74 GHz中心频率的e波段信道测量系统,对系统的信道测量能力进行了评估。该系统支持在最多25千米的收发距离开展了最大1 GHz信号带宽的信道测量工作。使用这套系统,我们在数个远距离e波段无线回传的典型应用场景中,开展了实地信道测量实验。实验场景包括高原咸水湖场景、高原荒漠场景和热带跨海场景,所有场景中视距链路长度均达到12千米以上。基于实地信道测量数据,我们对显著影响回传系统设计的信道特性进行了研究,包括信道中的路径损耗、极化特性、衰落特性和多径现象等。测量结果显示远距离e波段信道除了自由空间传播损耗之外,还存在0-0.7 d B/km的附加损耗,该损耗随着大气湿度增加而增长。三种环境中,垂直极化信号的路径损耗均比水平极化信号小1-7 d B,表明垂直极化信号更加适用于远距离传输。信道传输中的交叉极化比均保持较高水平,达到了11-23 d B。研究还发现还发现了远距离e波段信道中存在严重的衰落效应,在12千米的跨海测量中,短时间内接收信号功率变化能达到10 d B。多径方面,多个环境的测量中均没有发现信道中存在明显的反射径。上述e波段信道特性表明,e波段适用于远距离无线回传传输,并有希望通过双极化多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术提升传输速率。研究人员在设计链路预算时应着重考虑天气因素及衰落的影响,并对双极化传输分配合适的发送功率。综上,本研究中设计的远距离e波段信道测量系统和的e波段信道特性分析将有助于未来的e波段信道建模和系统设计工作。

关键词：毫米波通信 e波段无线回传远距离通信信道测量信道特性

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e波段宽带高速通信前端系统设计

E波段宽带高速通信前端系统设计

作者：吴佳超电子科技大学

学位级别：硕士

e波段71～76GHz和81～86GHz的频段有着5GHz的大带宽,是已开放授权的频段,可以实现无线通信的高速率传输,对无线通信技术具有重要的研究价值。本文介绍了一种支撑100Gbps传输速率为目标的e波段多子带宽带高速通信前端系统设计。主要研究... 详细信息

e波段71～76GHz和81～86GHz的频段有着5GHz的大带宽,是已开放授权的频段,可以实现无线通信的高速率传输,对无线通信技术具有重要的研究价值。本文介绍了一种支撑100Gbps传输速率为目标的e波段多子带宽带高速通信前端系统设计。主要研究内容如下:首先基于e波段射频通信的国内外研究现状,对e波段高速宽带通信系统进行分析,确定使用二次变频超外差收发前端设计,且为了降低大带宽对A/D采样的压力,采用中频多子带的方式来实现宽带高速率传输。其次,完成e波段宽带射频收发前端系统的方案设计,包括e波段射频模块、中频收发模块、四工器和本振模块。在e波段射频模块中完成e波段射频收发的电路实现;在中频收发模块实现4路1.3GHz带宽子带的高速率传输;为将中频4路子带合并,对四工器进行设计,分别设计了波导和腔体四工器,通过仿真结果和尺寸大小的对比选择了腔体四工器。最后,对整个e波段收发前端系统进行测试。先对模块进行测试,测试了四工器的S参数,结果表明4个信道基本无频偏,且隔离度良好,插损符合要求。在中频收发模块的测试中,可以实现最高传输64QAM的调制,为支持e波段高、低频段宽带高速传输提供了基础。再对整个e波段宽带射频收发前端系统进行级联测试,分别测试采用QPSK、16QAM、32QAM、64QAM调制方式传输,结果表明最高可以支持64QAM的调制,整个e波段宽带通信前端系统为最终目标达到100Gbps传输速率提供了可行性。

关键词： e波段中频多子带四工器收发前端

城区环境e波段毫米波信道测量与信道特性研究

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城区环境E波段毫米波信道测量与信道特性研究

作者：牟海峰电子科技大学

学位级别：硕士

随着通信系统向6G发展,无线移动通信的频率变高,基站覆盖范围变小、数量变多,用于连接基站与核心网的回传网络也越来越复杂。传统的光纤回传方式铺设成本高且部署困难,而无线回传易部署且成本较低,因此成为城区光纤回传网络的一种替代... 详细信息

随着通信系统向6G发展,无线移动通信的频率变高,基站覆盖范围变小、数量变多,用于连接基站与核心网的回传网络也越来越复杂。传统的光纤回传方式铺设成本高且部署困难,而无线回传易部署且成本较低,因此成为城区光纤回传网络的一种替代方案。e波段包含71-76GHz和81-86GHz两个频段,共有10GHz的带宽,频谱资源丰富,能够满足城区环境高速率、大容量的无线回传要求。但是城区环境电磁波传播环境复杂,行人和车辆均会对电磁波传播造成影响,因此在设计城区回传系统之前,必须充分理解城区环境e波段毫米波传播信道特性。为了研究城区回传场景e波段毫米波传播特性,本文在两种典型城区回传场景,1)杆站回传,2)楼顶户外到室内(outdoor to indoor,O2I)回传,展开了测量实验。杆站场景中,收发机距离为400m-700m,天线架设高度均为2.75m;楼顶O2I场景中,收发机距离为760m,天线架设高度均为25m,收发端天线均采用喇叭天线。通过分析所测的实验数据得到两种场景下的路径损耗、衰落以及多径现象等信道特性并评估了e波段750MHz带宽在无编码情况下单极化单输入单输出(single-input single-output,SISO)的回传速率。分析结果显示,杆站回传场景车辆和行人经过会引起严重的衰落现象,考虑到测量过程中视距(line of sight,LOS)径没有被遮挡,造成该现象的原因是车辆和行人造成或影响了多径传播,多条路径的电磁波在接收端产生相长或相消干涉。相较之下,楼顶O2I场景因天线高度较高,没有多径时变的影响,从而没有出现明显的衰落现象,且实测路径损耗与自由空间传播损耗非常接近。因此,在设计城区环境e波段回传系统时,应着重考虑天线架设高度,从而避免过于严重的衰落现象。当传输符号率为600MBaud时,能够进行可靠传输的调制方式为16QAM,此时误比特率(bit error rate,BeR)为0.36%,因此该系统目前能够获得单极化SISO无编码速率为2.4Gbps。若采用多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)技术实现极化复用和空间复用,则有望将回传速率提升到几十Gbps,满足城区环境高速率、大容量的回传要求。本文分析了城区环境两种典型回传场景的e波段信道特性,并验证、评估了e波段实现城区高速率、大容量回传的可行性。研究结果有助于理解城区杆站和楼顶O2I场景e波段毫米波传播特性,并最终有助于城区环境无线回传系统设计。

关键词： e波段毫米波信道测量无线回传城区环境 O2I 杆站