基于RF MEMS开关的移相器设计

传统电子移相器由于损耗问题难以向更高频率发展,射频微机电系统(RF MEMS)技术的出现使其得以替代半导体开关来设计更高频率的移相器.利用具有优异RF性能的串联电阻式RFMEMS开关来进行开关线式移相器设计,通过开关切换不同的信号延迟通路,以实现从0°-180°步进22.5°的相移功能.仿真结果表明,该移相器在5.8 GHz时,插入损耗在-0.3--0.7 dB变化,输入回损低于-20 dB,相移功能正确.     

基于MEMS技术的差分式微波信号相位检测器

提出了基于MEMS技术,由功分器、45°移相器和MEMS电容式微波功率传感器组成差分式微波信号相位检测器,实现了在被测信号幅度未知条件下全周期的相位测量.利用HFSS对各组件进行了模拟设计,包括功分器的模拟与设计和MEMS电容式微波功率传感器的模拟与设计,特别采用GaAs MMIC工艺制作了其中的MEMS电容式微波功率传感器,在8～12 GHz的频率范围内,回波损耗小于-20 dB,插入损耗小于0.2 dB.最后利用ADS对整个系统进行了模拟,模拟结果与理论计算结果的误差在3.5%以内,并进行了误差分析.     

基于电容电感移相单元的MEMS移相器

为减小基本结构开关线型微机电(MEMS)移相器的面积,提出了一种新型的基于电容电感移相单元的小型化3位开关线型MEMS移相器。该移相器用MEMS工艺制成的交叠结构的电容电感移相单元代替原始的延迟传输线,其90°移相单元的长度比传统90°延迟线的缩短近3/4,45°移相单元的长度比原始延迟线的缩短近1/2,有效缩小了移相器的整体面积。用HFSS(high frequency structuresimulator)软件进行了仿真及优化设计。仿真结果表明:在20GHz到40GHz频段内,45°移相单元的回波损耗优于-27.25dB,插入损耗优于-0.33dB;90°移相单元的回波损耗优于-26.25dB,插入损耗优于-0.51dB。在35GHz时,整个3位移相器能够完成0～360°、间隔为45°的移相,平均插入损耗为-2.63dB,回波损耗优于-15dB,平均相位误差为3.67°。根据仿真结果,所设计的MEMS移相器适用于35GHz小型化相控阵雷达。     

MEMS动态测试中频闪同步控制系统

频闪同步控制系统是微机电系统(MEMS)动态测试系统中的重要组成部分．为了满足MEMS发展对测试系统的需求，基于频闪成像技术，设计了一套频闪同步控制系统，用于采集高速运动的MEMS器件的清晰图像．系统采用虚拟仪器方式，通过软件控制波形发生器生成各类逻辑控制信号，驱动CCD摄像机、光源和图像采集卡等设备协调工作．实验表明，测量平面运动时，系统在50倍放大倍率下，可测器件运动速度达5．1m／s，测量分辨率优于180nm，测量重复性为40nm。     

微机电系统微米间隙的预击穿和击穿特性研究

为了预测和评估微机电系统(MEMS)中微电极结构的绝缘性能,采用MEMS加工工艺,制备了电极间隙为5～40 μm的金属铝薄膜电极,研究了试样在直流电压下的预击穿过程中电流-电压关系曲线以及击穿电压随电极间隙的变化规律,并利用扫描电子显微镜(SEM)进行了微电极表面的微观分析.研究结果表明:预击穿过程的电流-电压曲线说明,在击穿之前电流的变化主要包括自由带电粒子的定向迁移阶段、电流密度达到饱和阶段以及碰撞电离持续发展形成电子雪崩阶段;场致电子发射的Fowler-Nordheim曲线表明,当微电极的间隙大于5 μm时,其击穿特性仍然符合巴申曲线,与相关文献的研究结论一致;微电极击穿阈值均大于相同间隙的宏观金属电极的击穿阈值;微电极击穿后在阳极表面有坑洞产生,而在阴极表面存在溅射沉积现象.     

用于相控阵雷达的新型铁电移相器

研制了一种用于相控阵雷达的新型铁电体陶瓷移相器.利用四级阻抗匹配技术有效解决了铁电体陶瓷移相器中高低介电常数材料间的匹配问题,设计出了移相器的整体结构.研制出了BST基铁电体陶瓷材料,其介电性能的静态介电常数为98～100(3.2 GHz)、高频损耗为0.004 7(3.2 GHz)、调谐率约为15%(E=5 kV/mm).利用上述材料实现了铁电移相器的制备.实验结果表明:当外加偏置电压为12 kV时,该移相器可实现360°相移,在10%带宽内驻波比小于1.35,移相器损耗小于3.5 dB,功耗小于0.4 W.     

X波段0.18μm CMOS5位数字移相器

设计了一款应用于相控阵雷达系统,工作频段8 GHz~12 GHz,中心频率为10 GHz的5位数字移相器,该移相器采用UMC 0.18μm标准CMOS工艺设计实现.五位移相单元分别为11.25°、22.5°、45°、90°和180°,其中180°移相单元采用高-低通滤波器型结构,其余移相单元采用低通π型滤波器结构.通过合理选择参数模型和拓扑结构,优化版图布局设计,实现了电路性能并给出仿真结果.在工作频率范围内,32种移相状态的相位均方根误差1.08°,幅度均方根误差1.14 d B,插入损耗值保持在14 d B~20 d B范围内,版图尺寸为2.85×1.15 mm2.     

C波段反射型线性360°模拟移相器的设计

为了调制射频信号在传输过程中引入的相移, 设计了中心频率为4.0 GHz的反射型线性360°模拟移相器, 利用分支线型定向耦合器和变容二极管实现360°移相。为了增加工作带宽, 采用两个双分支定向耦合器级联构成三分支定向耦合器。同时采用带有串联传输线和短路终端的反射终端电路, 使电路更易调节, 以获得最佳线性度和最大带宽。最终给出了移相器的线性度和插入损耗的仿真和测试结果。结果表明, 该移相器移相范围为360°, 带宽为200 MHz, 中心频率移相误差小于15°, 插入损耗波动小于3.5 dB。     

干气密封端面型槽可控激光制备的参数模型及实验验证

针对干气密封微米级开槽深度和粗糙度控制难的问题，提出相应评价方法，建立加工深度和粗糙度模型，并通过数值模拟系统地研究了激光填充间距S、光斑直径ds与开槽深度ha、粗糙度Ras之间的关系.结果表明：开槽深度和粗糙度均随填充间距的增大而减小，当填充间距S<7 μm时填充间距对槽深和粗糙度的影响十分显著；光斑直径对开槽深度的影响基本可以忽略，粗糙度随光斑直径的增大呈先缓慢增大后迅速升高的趋势，临界值也位于ds=7 μm 左右.实验结果对数值计算中槽深的分析结果支持度较好，与粗糙度的分析结果略有出入.进一步采用TOPSIS综合评价方法优选出最佳工艺参数范围：考虑加工效率时，最佳参数区间为 8 μm ≤ S ≤ 15 μm，9 μm ≤ ds ≤15 μm；不考虑加工效率时，最佳参数区间为5 μm ≤ S ≤ 10 μm，5 μm ≤ ds ≤ 15 μm.研究结果对进一步提高干气密封微米级槽深的加工效率、精密度有一定指导意义.     

精密OTA—C有源移相器的设计

本提出了一种由跨导运算放大器和电容实现的精密移相器。它能使正弦信号在中心频率Ｆ０处，产生－９０°相移，增益为１／２。在ｆ０±１０％范围内，最大相移偏差为±０．１３°，增益最大偏差为±０．００８。移相器的中心频率ｆ０可由ＯＴＡ外控电流调节。由于电路中无电元件，特别适合于单片集成。本详细地分析了ＯＴＡ性能参数对移相器性能的影响，电路的计算机模拟结果与理论分析完全相符。     

基于Mo/SiO2布拉格声反射器的体声波谐振器的制备及其性能分析

采用射频反应磁控溅射法在p型(100)单晶硅衬底上交替沉积Mo/SiO2薄膜作为布拉格声学反射层,通过原子力显微镜(AFM)及扫描电子显微镜(SEM)分别表征声反射层薄膜的表面和截面形貌,研究溅射工艺条件对SiO2薄膜微观形貌的影响.采用MEMS工艺流程制备基于c轴择优取向AlN压电薄膜的SMR型谐振器.并对谐振器的S11参数进行测试分析,得到谐振器的中心频率为1.7 GHz,表明实验所制备的SMR型谐振器在质量传感方面具有一定的应用前景.     

相位连续可调毫米波MEMS移相器的研制

MEMS毫米波相移器是MEMS毫米波相控阵天线的关键部件之一,它的性能直接决定了毫米波相控阵天线的性能。该文介绍毫米波MEMS相移器的设计,研究低损耗衬底,Au,Al_xSi_1-x可动膜对下拉电压和传输损耗的影响,测试表明:21桥相位连续可调的分布式压控开关阵列一毫米波相移器在35GHz时,启动电压5V,20V时相移量达到372^o/3. 5 mm,并能在不同的控制电压下根据要求改变相移量。     

K波段双通道集成CMOS发射前端芯片设计

采用TSMC 90 nm CMOS工艺,设计并实现了一款具有移相功能的K波段双通道集成发射前端芯片.该芯片主要由一个功率分配器、两组参数不同的有源移相器和功率放大器构成,同时在片上集成了用于控制移相器的数字模块.测试结果表明,在中心频点25 GHz处,两个通道的增益分别为19.1 dB和18.9 dB,输出1 dB压缩点分别为9.57 dBm和8.41 dBm,相位误差分别为1.38°和1.47°,供电电压为1.2 V,总功耗为0.32 W,芯片总面积为2.2 mm×1.25 mm.      

一种高速低相位噪声锁相环的设计

设计了一种1．8V、SMIC0．18μm工艺的低噪声高速锁相环电路．通过采用环行压控振荡器,节省了芯片面积和成本．通过采用差分对输入形式的延时单元,很好地抑制了电源噪声．与传统的简单差分对反相器延时单元相比,该结构通过采用钳位管和正反馈管,实现了输出节点电位的快速转变,整个电路芯片测试结果表明：在输入参考频率为20MHz、电荷泵电流为40μA、带宽为100kHz时,该锁相环可稳定输出频率为7971MHz—1．272GHz的时钟信号,且在中心频率500kHz频编处相位噪声可减小至-94．3dBc／Hz。     

一种基于延时线的全数字脉冲式超宽带发射机

本文设计了一款应用于无线体域网的全数字超宽带脉冲发射机.采用开环工作的延时线得到不同的延时信号,再由边沿合成器将多路延时信号合成为具有较高中心频率的短时方波脉冲信号,该短时方波脉冲信号经过输出驱动模块及带通滤波电路整形成为超宽带脉冲信号.芯片采用中芯国际0.13μm RF CMOS实现,面积为1 118μm×873μm.测试结果表明,发射机输出脉冲信号的最大幅度为220mV,信号-10dB带宽可在0.9~1.5GHz之间调节,脉冲信号中心频率在3.2~4.4GHz范围内可配置,当脉冲重复速率为15Mb/s、信号带宽为0.9GHz,输出信号设置为最大幅度时,芯片功耗为0.9mW.     

一种EBG微带滤波器的设计

在分析T型低通滤波器的周期性副响应的基础上,设计出满足布喇咯公式的电磁带隙(EBG)结构的微带滤波器。经模型仿真和实测,该滤波器阻带中心频率12 GHz,阻带带宽5~6 GHz,中心的阻带深度达到了-30 dB左右,成功克服了以截止频率3 GHz的微带线T型低通滤波器的周期性的第二副响应,即4倍其截止频率为中心的第二通带。     

适用于多种无线通信标准的宽带CMOS频率综合器

采用小数分频锁相环路、正交单边带混频器和除2除法器设计了一款全集成CMOS频率综合器,以满足多种无线通信标准的要求.提出基于双模压控振荡器（DMVCO）的频率综合器架构,一方面能够通过除2除法器覆盖3GHz以下的无线通信频段,另一方面DMVCO自身又替代了额外的多相滤波器来抑制混频器引入的镜像杂散.频率自动校准电路能对压控振荡器的频率进行快速、准确的校准.频率综合器采用TSMC 0.13μmCMOS工艺进行设计.仿真结果表明,在输出频率为900MHz时频偏在0.6MHz处,频率综合器的相位噪声为-122dBc/Hz;在功耗不大于56mW的情况下,频率综合器实现了0.4～6GHz的频率覆盖范围.     

一种微波毫米波馈源自动化测试系统

微波暗室广泛应用于天线测量中.介绍了一种微波毫米波暗室馈源自动化测试系统,简述了暗室馈源自动化测试系统的组成、主要性能、工作原理及软件设计.系统工作频率范围为100MHz～50GHz,分为100MHz～300MHz、300MHz～18GHz和18GHz～50GHz三个工作模式,详细阐述了在不同工作模式下,自动化测试系统实现方案.最后给出了某工程C/Ku馈源网络的实测结果.测试结果表明：该测试系统具有高效率、高精度和高自动化测试能力,在实际工程测量中获得了良好的应用.     

应用于高频低功耗系统的1.2V10GHz注入锁定分频器

设计了一个高频低功耗的注入锁定二分频器.该分频器通过将输入信号注入到LC振荡器的二次谐波点来实现注入锁定并对输入信号二分频.电路采用TSMC 0.18μm RF-CMOS工艺设计,分频器可以将幅度为300 mV的输入信号在8.6~11.2 GHz频率范围内进行二分频.在1.2 V的电源电压下,分频器核心电路的功耗为1.3 mW.该分频器可以被用于光电收发机以及其他高频低功耗系统.