EHF波段波导到微带的对脊鳍线过渡研究

文章针对毫米波集成电路的需要,提出并分析了EHF波段波导-微带对脊鳍线过渡结构。在集成电路系统要求的42GHz～46GHz频段内,背靠背过渡段插入损耗小于0.1dB,回波损耗大于20dB,仿真结果表明该过渡结构满足设计要求。     

Ka波段宽带波导-微带转换结构设计与应用

为探索毫米波功放高功率稳定输出特性，设计研究了一种适用于Ka波段的共面输出新型波导-微带转换结构，采用HFSS仿真软件分析了结构可行性，并在样机上进行组装验证。通过优化转换结构，设计两段式微带的一体化结构矩形波导口作为射频输出，波导口尺寸为2.0mm×711mm，通过在波导微带探针结构中引入共面波导间的宽带互联结构，采用键合金丝串联微带与探针完成阻抗匹配，在确保薄膜探针可靠性组装的同时，可有效确保射频输出指标的一致性。最终产品性能测试覆盖33.5GHz～35.5GHz，实现了毫米波信号的优良传输，输出功率稳定保持40dBm～42dBm。该两段式微带-波导转换方式，具有功率较高、损耗较低的特点，加工一致性好，在微波毫米波领域具有非常广阔的应用前景。     

基于鳍线过渡的W波段低噪声放大器设计

对W波段鳍线过渡进行分析,设计并制作采用Spline曲线形式的鳍线过渡。在整个W波段,单个过渡结构插入损耗小于1.6dB,回波损耗小于-12dB,实现了良好的宽带性能。基于该鳍线过渡,设计一种W波段低噪声放大器,芯片选用MMIC单片CGY2190UH,整机在80GHz~100GHz之间增益大于20dB,平坦度小于3dB。     

一种Ka频段波导三路功分器设计

利用波导E-T结构,将二路等功率分配器与二路不等功率分配器级联,构成一种毫米波三路等功率分配器。完成该结构的仿真设计和测试,结果显示,在34～36GHz频带内,其净插入损耗优于0.33dB,回波损耗小于-18dB。     

一种基于共面线的毫米波宽带预失真线性化技术

针对毫米波卫星通信前端发射系统中固态功率放大器的非线性失真问题,提出了一种新型毫米波模拟预失真线性化技术。该技术采用毫米波共面线集成非线性器件,与传统的基于微带线集成非线性二极管器件的方法相比,避免了接地电感等不连续性干扰,提高了工作频率,拓展了工作带宽,在毫米波频段实现了宽带预失真非线性补偿。试验结果表明:在Ka波段13GHz(25~38GHz)频率范围内,由该技术实现的预失真线性化电路在输入功率15dB变化范围内,实现了3dB左右的增益幅度扩张和20°左右的相位压缩。将该预失真线性化技术应用于改善一型工作频率为29.6~30GHz,输出功率为5 W的毫米波功率放大器的线性性能。双音信号测试结果表明:功放在1dB压缩点回退7dB的条件下,三阶交调失真改善度高于10dB,并在29.8GHz时达到19dB。该技术可用于满足现代大容量、高速无线通信,特别是毫米波卫星通信前端系统的需求,实现高质量、低误码率的数据无线传输链接。     

W频段波导微带过渡设计及容差分析

设计一种全频段低损耗的矩形波导-微带探针过渡结构,通过优化微带匹配电路同时引入腔体阻抗匹配设计,实现过渡结构在75GHz～110GHz内的良好性能,其仿真插入损耗小于0.34dB,回波损耗大于17.5dB。针对W频段宽带毫米波组件对装配工艺精度要求高的特点,利用HFSS分别对盒体装配误差、印制板装配误差以及金丝拱高误差进行容差分析。仿真结果表明,结构在合理的装配误差控制范围内具有良好的宽带特性。     

一种W波段波导衰减器的设计与验证

针对太赫兹频段卫星通信系统对信号传输及控制的需求,设计了一种工作于75 GHz～ 110 GHz毫米波频段的大功率高精度波导可调衰减器.文章采用了吸收式衰减的方案,设计了一种插入式衰减的波导衰减器的衰减结构.首先确定波导可调衰减器结构要求;其次运用HFSS软件对衰减器射频指标进行设计仿真,并对衰减片方阻、厚度、外形结构等进行参数分析;最后通过制造出波导可调衰减器实物并进行测试,验证了设计方法及设计结果准确.结果 表明:波导可调衰减器的驻波比与衰减片外形有关,衰减平坦度与衰减片方阻值相关.在75 GHz～110 GHz频段,衰减器的电压驻波比小于1.2,插入损耗小于1.0 dB,衰减量调节范围为0 dB～ 30 dB,耐功率为500 mW,实现了低驻波比、小插损、大衰减范围、高精度的技术要求.     

一种新型MEMS移相器设计

建立Ka波段分布式MEMS移相器的等效电路,设计基于此模型的分布式MEMS移相器,并对其反射损耗与插入损耗进行优化。仿真结果表明,该模型在4GHz工作带宽内反射损耗小于-15dB,在10GHz带宽内插入损耗大于-2dB,单桥相移达到35°。     

一种W波段低损耗宽带单平衡混频器设计

针对某型半实物仿真系统大带宽、高动态的技术需求,研制了一种覆盖整个W波段的单平衡混频器。混频器基于波导-石英混合电路以及分立肖特基二极管设计,射频信号经减高波导同相激励两个肖特基结,以减少无源电路的额外损耗。本振信号通过波导E面探针输入,以准TEM模反相激励肖特基结。测试结果表明,所设计混频器在13dBm本振功率激励下,可在75～110GHz范围内实现6～8dB的单边带变频损耗,中频带宽为DC～35GHz。该混频器与国内外同类高性能产品技术性能相当,已成功应用于W波段半实物仿真系统中。     

毫米波G波段的反射式准光环行器

为建立毫米波测试系统以及解决高频段的测试问题,研究了毫米波G波段(140-220GHz)的准光环行器。采用的反射式设计能够方便地调整偏置磁场,从而降低铁氧体厚度等参数的要求,由此合理优化器件的多层介质模型。实验中搭建了准光学的测试平台,建立准光学的测试方法,并研究了该频段的介质特性。频段170-195GHz上的测量结果显示,G波段的反射式环行器在8%的相对带宽上,隔离度大于20dB,插入损耗小于3.6dB。研究表明,反射式环行器放宽了设计参数的允许偏差,适合在高频段系统中应用。     

一种DC-40GHz带状线到共面波导同层过渡结构设计

针对基于微波多层LTCC基板的带状线功分器输入端口存在的大高度差过渡问题,提出一种新型带状线到共面波导宽带同层过渡结构。在传统过渡模型基础上,引入高阻线及共面波导到带状线的交叉过渡形式,使得传输性能有所改善。仿真结果显示,在0GHz~40GHz范围内带状线到共面波导水平过渡的回波损耗小于–20d B,插入损耗小于0.2d B。应用过渡结构的带状线功分器性能指标满足要求,验证了过渡结构设计的可行性和有效性。     

星载183GHz分谐波混频器的设计

文章采用TERATECH公司研制的肖特基二极管,设计了一种星载183GHz分谐波混频器。长9mm、宽0．42mm的混频器电路被放置在腔体中,包括波导过渡到微带的本振和射频频率匹配部分。仿真结果表明本振功率仅为3mw时,变频损耗在173GHz～193GHz频率范围内小于9dB,变频损耗幅度平坦度小于1dB。     

超宽带矩形微同轴平面对数周期天线

在宽带电子系统轻量化的需求下,基于MEMS矩形微同轴技术设计了10 GHz～50 GHz的超宽带平面对数周期天线。天线采用三节矩形微同轴阻抗变换实现160Ω到50Ω的宽频带阻抗匹配,并通过矩形微同轴转共面波导进行馈电。为展现微同轴的馈电优势,验证设计的微同轴平面对数周期天线性能,制备了50Ω矩形微同轴传输线和天线实物并进行了测试。实测结果表明,在10 GHz～50 GHz频段内,矩形微同轴传输线传输损耗<0.22 dB/cm,两根间隔0.15 mm的矩形微同轴传输线间隔离度>60 dB。天线实测反射系数<-8 dB,增益>4 dBi,增益波动<1.6 dB。     

一种基片集成波导馈电的毫米波磁电偶极子天线设计

文章研制了一种宽带毫米波磁电偶极子天线.该天线采用基片集成波导缝隙耦合馈电,抑制了表面波辐射,降低了传输损耗.通过中心地板蚀刻的矩形缝隙和上层贴片蚀刻的H型缝隙,来优化电流路径,改善天线的谐振和匹配特性,提高了天线的辐射效率.采用HFSS软件进行仿真,对天线进行了优化设计,结果表明,天线的-10 dB阻抗带宽为24.5 GHz～33 GHz,且带宽内增益平稳,方向图稳定,E面和H面辐射方向图具有低交叉极化特性.该天线的宽带和易集成特性使其在毫米波无线通信系统中具有很好的应用前景.     

毫米波功率合成技术及三维堆叠封装

为了在毫米波段内实现更大的功率输出,提出了一种毫米波功率合成技术及三维堆叠封装。基于MEMS工艺平台,设计了硅基基片集成波导功分器,在33～37 GHz实现了20 W的功率合成;利用晶圆级键合技术,将功分器和功率放大器进行三维堆叠封装,实现小型化和高密度集成,并通过实验验证了毫米波大功率合成以及三维堆叠封装的可行性。     

C波段卫星通信抗5G干扰滤波器小型化解决方案

卫星通信的接收链路常会受到5G移动通信发射端的干扰，消除干扰的一个解决方案是在现有天馈系统中加入一个高抑制滤波器，引入传输零点来增大对指定频段的抑制。为了整个系统的紧凑性，滤波器小型化是必需的，而高性能与小型化之间往往存在矛盾。针对这一问题，一个C波段具有高带外抑制的同轴腔体滤波器被提出。由BJ-40标准波导直接输入耦合到多个谐振器减小尺寸实现小型化。通过非谐振节点和具有冗余谐振模式的三角结构不引入负耦合来产生低端传输零点，实现对无关信号的抑制，消除了滤波器低端零点的传统实现方式（负耦合）所带来的加工影响。设计的同轴腔体滤波器实现回波损耗＜18dB，带外抑制在3.5~3.6GHz＞37dB，3.45~3.5GHz＞53dB，3.2~3.4GHz＞60dB，4.4~4.8GHz≥70dB，整体结构紧凑。该C波段滤波器结构简单无负耦合引入，易于加工，源耦合到多个谐振器紧凑结构，适用于卫星通信系统抗干扰应用。     

毫米波频段LTCC微带到带状线过渡结构设计

文章研究了两种可应用于毫米波频段的LTCC微带到带状线的过渡结构,包括一种微带到带状线的垂直过渡和一种微带到带状线的同层过渡.利用三维电磁场仿真软件对这两种互连过渡结构进行仿真和优化,仿真结果表明在25GHz～ 40GHz的工作频带内微带到带状线垂直过渡的回波损耗大于22dB,在35GHz内端到端插损优于0.5dB,40GHz内插损优于1dB;微带到带状线同层过渡的回波损耗大于32dB,40GHz内端到端插损优于0.5dB.测试结果表明,在40GHz内两种过渡结构的性能优良,能很好地满足工程应用的要求.     

一种太赫兹机电波导开关的设计

针对太赫兹频段卫星通信系统对信号传输及切换的需求,设计了一种工作于114 GHz～173 GHz频段的无间隙C型机电波导开关。首先,采用等效电路理论进行传输线匹配设计,并分析了波导口宽边和窄边错位对电压驻波比的影响;之后,依据导体损耗理论分析了金属壁电导率对插入损耗的影响,并运用HFSS软件对通道长度、表面粗糙度等因素进行参数敏感性分析;最后,提出了一种新型扼流槽加载方式。结果表明：开关的驻波比与弯曲半径成正比,考虑到定子强度及小型化设计,应选择合适的弯曲半径;采用银镀层有利于提高插损指标,且在太赫兹频段,为降低插入损耗,微波通道的表面粗糙度应优于0.8 um。最终,在114 GHz～173 GHz频段,开关的电压驻波比小于1.1,插入损耗小于0.45 dB,隔离度大于80 dB,耐功率为3000 W,满足设计要求。     

宽带高集成多级射频互连技术

针对微波电路三维集成结构的迫切需求,开展宽带高集成多级射频互连技术研究。主要设计了两种电路结构,多级水平互连电路与多级垂直互连电路。多级水平互连电路中,通过优化同轴-微带线的水平过渡以及倒角过渡方式,得到在DC～30GHz内的仿真结果,回波损耗优于21dB,插入损耗优于0.16dB;多级垂直互连电路中,通过优化BGA板间互连结构,得到在DC～30GHz内的仿真结果,信号的回波损耗优于13dB,插入损耗优于0.57dB。在小型化、高集成的需求下,宽带高集成多级射频互连技术是解决宽带射频信号传输问题的关键技术路径,可以广泛应用在微波电路三维集成结构中,具有重大的应用前景。     

Ku波段25W场效应固态放大器

报导了研制的Ku波段25W固态放大器,高增益级和线性级用模快结构,功分/合成桥采用矩形腔四路同相功分/合成器。阐述了该固态放大器的组成、设计及实验结果。研制的25W固放主要性能为;中心频率11.93GHz,带宽100MHz,输出功率25W,饱和增益56dB,带内增益波动小于0.7dB。该固放已用于Ku波段双路转发器联试实验中。