W频段六端口接收机关键技术研究

The traditional millimetre-wave transceivers, which have millimetre-wave mixer, local oscillator with high power, filters and other components, are realized based on the superheterodyne construction. In some sense, this kind of receiving system is very complex. To simplify the system structure and reduce cost, the key technology of six-port direct conversion receiver in W-band will be studied in this topic. Then, in order to have the minimization of circuit area, an accurate circuit structure, circuit consistency, etc, the six-port MMIC technology in W-band will be deeply researched. Based on the above contents, THz-band six-port technology has laied the appropriate foundation. The theoretical implementation of six-port demodulator, the models of error parameter analysis for six-port network, and the asymmetry and non-uniformity of hardware circuit influencing on the demodulation signal will be all studied in future. The sensitive physical parameters affecting the demodulation performance for different signals based on six-port technology will be searched and analyzed. To achieve a smaller chip area and reduce the cost for chip processing, the MMIC chip design will be miniaturized.

传统的毫米波接收机采用的是超外差体制，需要毫米波混频器、高功率本振源和滤波器等部件，系统将变得非常复杂。为了简化系统结构和降低成本，本课题将对应用在W频段的六端口直接变频接收机关键技术进行研究。为了实现更小的电路面积、更高精度的电路结构和电路一致性等，并为将来THz频段的六端口研究打下相应的基础，本课题将深入研究W频段的六端口MMIC技术。我们将从理论上研究六端口解调器的实现方法，建立六端口网络的误差参量分析模型，深入研究硬件电路的非对称性和非一致性对解调信号的影响，寻找影响解调性能的敏感物理参量，并分析基于六端口技术对不同信号的解调性能。为了实现更小的芯片面积以降低流片成本，将对MMIC芯片进行小型化设计。

本基金课题着重研究了六端口接收机相关的关键核心技术。对构成六端口接收机的关键元器件进行了深入的研究，包括了均衡器、衰减器、移相器和相关的过渡结构等方面，并进行了功放芯片和SOC的设计工作。其中，在毫米波频段，传输线的损耗较大，且通常与频率成正比，需要对传输线损耗进行补偿；衰减器可用来对电路前后级进行优化匹配；移相器用来在宽频段中对信号进行相移，对信号进行正交分离；过渡结构是用于毫米波频段不同传输结构的低损耗连接。. 在均衡器的研究中，我们提出了一种全新的均衡器设计思路，基于严格的理论公式推导，并进行了电路仿真和测试验证，填补毫米波频段宽带均衡器的国内外研究空白，可以实现大于10dB均衡量的宽带均衡性能。根据相关均衡器的研究思路，进一步实现了具有低成本、大均衡量和低损耗等优点的毫米波均衡器。以上电路均工作在Ka频段，并可以进一步拓展到更高的毫米波频段。. 在衰减器的研究中，设计并实现了一款毫米波频段的基片集成波导宽带衰减器，丰富和完善了基片集成波导衰减器理论研究和应用范围。. 在移相器的研究中，提出了等长结构移相器设计理论，其在简化相控阵等大型馈电网络的复杂度方面有着非常重要的应用前景。在国际上首次提出了新型传播曲线线性化理论，同时具有以下优点：物理长度相同，相移时仅需调节一个变量，宽频带，相移波动小。在整个Ka频段内，其可以实现89.3°±4.2°的相移精度，且仅有一个电路调节参数，具有非常简单的电路结构形式。. 在过渡结构设计中，我们提出了一种新颖的过渡结构形式，克服了现有过渡结构的缺点，且同时具有两个优点：一是尺寸紧凑，二是电路不存在断裂风险。在整个Ka频段，其单个过渡结构的损耗仅为-0.46±0.17dB。. 在芯片设计和SOC开发方面，进行了功率放大芯片的研究工作和RISC-V片上系统设计开发，指导硕士研究生参加了全国大学生集成电路创新创业大赛，取得了较好的名次。