2024年 11/12月

Passive and Control Components

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目录 Contents

24年11/12月 Nov/Dec 24

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封面文章 Cover Feature

04 无源元件在电子集成中的关键作用

The Critical Role of Passive Components in Electronic Integration

特别报道 Special Report

34 低轨卫星在全球无线通信扩展中的角色

The Role of LEO Satellites in the Wireless Expansion

36 量子微波工程：量子硬件工程师的关键技能

Quantum Microwave Engineering: Key Skills Every Quantum

Hardware Engineer Must Possess

产品简报 Product Brief

41 50欧姆1:1变压器工作频率达3GHz

50 Ohm 1:1 Transformer Operates to 3 GHz

41 用于微波电路的高K材料

High-K Material for Microwave Circuits

欢迎投稿：winsonx@actintl.com.hk

15611832959（电话/微信）

42 新品橱窗 New Products

44 广告索引 Advertising Index

产品特写 Product Feature

39 利用蓝牙低功耗技术进行定位跟踪

Position Tracking with Bluetooth Low Energy Technology

40 用于汽车雷达系统的240GHz硅收发器

240 GHz Silicon Transceiver for Automotive Radar Systems

技术特写 Technical Feature

08 CISPR25方法增强了车载信息娱乐显示器的电磁兼容性

CISPR 25 Methodology Enhances In-Vehicle Infotainment Display EMC

14 具有低包络关联系数的扁平开槽凹口MIMO天线

Low Profile Slotted Notch MIMO Antenna with Low Envelope

Correlation Coefficient

20 W波段和D波段解锁电信业的未来

Unlocking the Future of Telecoms

22 多通道波束赋形器射频集成电路的PCB设计

PCB Design for Multichannel Beamformer RF Integrated Circuits

28 用于小信号GaN HEMT建模的非线性算法

Nonlinear Algorithm for Small-Signal GaN HEMT Modeling

CoverFeature 封面文章

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CoverFeature

封面文章

电子系统的可靠性和效率依赖于有源

和无源元件的基础性作用。这些元

件将执行必要的功能，以确保新设备能

够恰当地集成到现有系统或新系统中。

晶体管和放大器等有源元件需要外部电

源来为电路提供能量，但无源元件则不

需要。无源元件对所有这些装置提供不

可或缺的功能，它们接收并存储能量，

但并不消耗电力。

无源元件的作用和常见类型

无源元件是电子系统的核心组成部

分。它们对于电子电路有不可或缺的功

能。这些元件在管理电流流动、防止电

压尖峰和确保电气装置的整体可靠性及

性能方面起着至关重要的作用。通过信

号滤波、阻抗匹配和信号调理，无源元

件提升了电子电路的性能、稳定性和效

率。没有无源元件来消耗、存储和释放

能量，电子系统便无法正常运作。

常见的无源元件包括：

• 电阻器：电阻器通过提供精确的电

阻来控制电流，这对分压和信号调

节至关重要。当电流持续运行时，

电阻器只能接收电能，并以热量的

Steven Pong，Infinite Electronics

无源元件在电子集成中的关键作用

形式散发出去。这一步骤对保护敏

感元件免受损害以及在电路中控制

电压水平至关重要。电阻器在电

炉、加热器、烤面包机等消费品以

及商业、国防系统中被广泛应用。

• 电容器：电容器可存储和释放电

能，对平滑信号及滤除噪声至关重

要。电容器可以滤除可能干扰电路

运行的高频噪声。电容器由两块导

电板构成，中间由绝缘材料即电介

质隔开。电容器在消费、商业、国

防产品及系统中同样被广泛应用。

• 电感器：电流通过电感器时，电感

器在磁场中储存能量。电感器亦称

为反应器、扼流圈或线圈，通常由

绕在磁芯上的线圈构成。电感器上

电抗的变化，用于能量存储、滤波

和信号调节。在电源滤波和能量存

储以及信号处理中抑制噪声，电感

图1：PE6TR1162 射频终端。

图2：代表性无线收发器方框图。资料来源：ADI

CoverFeature 封面文章

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器扮演着关键角色。

• 射频滤波器、衰减器和终端：这

些元件提供了必要的射频连接和

传输功能，确保了射频电路和系

统中的最小信号损耗和反射。滤

波器用于减少干扰，并通过允许

或阻止特定信号来屏蔽不需要的

频率。衰减器可以在不降低信号

质量的情况下减少信号的功率，

去保护那些不受控输入功率过高

的系统。终端，又称为终止器或

负载，位于传输线的末端，防止

射频信号沿传输线反射回来。图

1是一个射频终端。该射频终端

在DC-6GHz的频率范围内可处理

5W的输入功率，并配有2.2-5公

头输入连接器。

其他无源元件还有变压器、开

关、断路器和继电器。尽管二极管通

常归类为无源元件，但它的构造采用

了与有源元件相关的半导体方法。这

些功能性元件中的每一个都在保持电子

系统的功能性和效率方面发挥着独特的

作用，因此理解这些元件对于设计和维

护电子装置至关重要。

图2是一个具有代表性的无线收发

器框图。它很好地展示了滤波器、巴伦

和耦合器等无源元件的广泛应用。图中

未显示诸如电阻器、电容器和电感器等

单个元件，这些元件可能被用于提供偏

置、调谐和衰减，以在某些功能性模块

中发挥作用。

一般来说，无论是无源还是有源，

频率越高的元件越昂贵。在外差收发机

中，如图2所示，支持更高工作频率的

常用技术是将较低频率信号倍增至所需

的发射频率，再将接收信号降至较低频

率。这样可以在较低频率下进行更多的

转换和处理。这些倍频器/分频器通常还

包含滤波器和其他无源元件。

图3是工作频率为12.2-12.7GHz的

带通滤波器，而图4是工作频率为4.4-

4.8GHz的低频带通滤波器。尺寸和重量

是非常重要的因素，特别是在大批量商

业应用中，但性能和成本因素也会影响

如何采用无源和有源元件，形成最佳系

统解决方案。

集成无源元件的挑战

在设计电路时，工程师必须平衡

有源元件和无源元件的使用，并通过全

面的测试和模拟来解决任何集成难题。

在集成无源元件时，一个难点在于确保

来自不同制造商的元件能够兼容，而这

可能会带来一些必须解决的强制限制性

要求或功能性要求。此外，元件的物理

布局和摆放位置也可能影响性能，因此

先进材料来改善热管理，以及采用精准

的印刷电路板（PCB）设计技术，以最

大限度地减少信号劣化。精确的元件布

局同样关键。图5是设计用于应对这些挑

战的宽带表面贴装射频巴伦，其工作频

率为20-520MHz。

材料和制造技术的进步

无源元件在制造过程中的不断创

新对紧跟竞争市场中的技术进步至关重

要。材料和制造技术显著提升了无源元

件的性能和可靠性。图6是相同功能的

不同方法。这两个器件都是带有SMA

连接器的10dB固定衰减器，但工作频

率不同。镀金器件的工作频率为DC12GHz，而不锈钢器件的工作频率为

DC-6GHz。

无源元件设计和制造的改进包括：

• 材料：先进的陶瓷和复合材料显著

提升了无源元件的高频性能与耐用

性。尤其是陶瓷，因其卓越的绝缘

特性而显得格外重要。特别是那些

具备压电特性的特定陶瓷材料，它

们易于加工成所需的各种形状和尺

寸。这正满足了无源元件小型化的

需求。复合相变材料通过构建热传

导路径，显著提升了元件的散热性

能。这些材料拥有出色的电气性

能、热稳定性和机械强度，是追求

高性能应用的首选。

• 制造：3D打印技术使得复杂电子

无源元件的生产成本更低、重量更

轻。这种技术还能够制造出现代紧

凑型电子设备所需的更精准、更小

巧的元件。3D打印技术克服了印刷

电路板在制造上的局限，能够实现

必须进行精心的设计和规划。在元件运

行过程中，必须考虑潜在的电磁干扰

（EMI）和其他环境因素。使用高质量

元件可以有效应对这些问题。

另一个挑战在于性能与成本之间的

权衡。性能最优的射频元件可能成本更

高或交货时间更长。但是，无源元件的

优异性能可以降低总体拥有成本。

在将无源元件集成到电子组件中

时，还有其他一些常见的挑战：

• 空间限制：在为电子产品设计无源

元件时，尺寸是一个重要因素。消

费电子如智能手机的发展要求高密

度元件变得更小、更紧凑，在不影

响性能的同时，将无源元件放到这

些设计中是一项挑战。

• 散热：在高功率应用中，无源元件

会产生大量的热量。有效的热管理

对防止过热和确保电子设备长期可

靠性至关重要。为了保护无源元件

并确保设备的有效运行，需要设计

能够有效散热的材料和封装。

• 信号完整性：设备的稳定运行基于

电信号的可靠传输。尤其是在紧凑

型组件中，信号衰减会引发诸如中

断、失真乃至失效等性能问题。

EMI是信号完整性的一大挑战。

EMI会产生不必要的信号和噪声，从而

影响信号完整性。高频应用依赖于信号

调节，而信号调节会受到EMI的直接影

响。这给设计能够有效诊断和纠正信号

完整性问题的系统架构带来了挑战。

要实现高效、安全和可靠的电气系

统性能，就需要解决这些挑战。解决这

些问题的方法有使用小型化组件、采用

图3：Pasternack的PE87FL1004带通滤波器。

图4：PE8739A带通滤波器。

图6：PE7467-10（黄铜镀金）和PE7602-

10（不锈钢）固定衰减器。

图5：Pasternack的PE2BL1001S射频巴伦。

CoverFeature 封面文章

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复杂几何形状的制造，从而提升

元件的性能和功能。

• 薄膜技术：电子元件中薄膜技术

的主要优势在于能够精准控制电

气性能，从而实现微型化并提高

性能。这种制造技术是在基板上

沉积薄层导电或电阻材料。利用

薄膜技术生产的无源元件常见的

有电阻器、电感器、电容器及滤

波器。薄膜电阻器和电容器相比

传统厚膜元件具有更高的精度和

稳定性，非常适合用于电信、航

空航天和医疗设备等高要求领

域。

• 集成无源器件（IPD）：IPD将

电阻器、电容器、电感器等各种

无源元件整合到一个单元中。通过

减少所需空间和互连长度与数量，

IPD解决了尺寸受限和信号完整性问

题，减轻了信号劣化的影响。

陶瓷、复合材料、3D打印等材料

和制造工艺的创新为无源器件带来了诸

多好处。这些材料和技术使得无源器件

更小巧、热调节能力更强、高频性能更

佳，并且能够在更恶劣的环境中工作。

这些改进显著提升了微波元件在高要求

应用中的可靠性和功能性。

无源微波元件在各种先进技术和高

频应用中至关重要。随着新兴系统趋势

和要求的出现，如今比以往任何时候都

更需要这些改进。这些系统包括：

• 5G网络：从4G到5G网络的升级，增

加了对无源元件的需求，以支持更

多的天线系统并过滤信号。滤波器

和耦合器等高频无源元件对于满足

5G技术不断提高的数据传输速率和

带宽要求至关重要。

• 汽车雷达系统：无源元件在雷达系

统中不可或缺，确保了安全关键应

用所需的可靠和精确运行。汽车雷

达系统的发射与接收部分高度依赖

模拟元件，并且需要无源元件来确

保其正常运作。雷达系统采用电感

器与电容器等无源元件来过滤与调

节信号，确保对目标物体的精准探

测与测量。

• 医疗成像：无源元件在医疗技术市

场中起着核心作用。这些元件被设

计成在极端条件下稳定运行，确保

医疗设备和装置的安全与效能。无

源元件具有更高的耐用性、稳定性

和精准度，使其成为医疗保健领域

中关键应用的理想选择。MRI系统

利用无源元件来过滤与调节信号，

确保影像结果的清晰与准确。

鉴于这些市场机遇的迅速增长，

设计与制造无源元件的公司正在加倍努

力。英飞畅电子（Infinite Electronics）

旗下品牌，如Pasternak与F a i r v i e w

Microwave，正拓宽其射频无源元件产

品线，尤其是针对高频应用。尽管无源

元件的功能看似比有源元件更为简单，

但若选择无源元件解决方案不当，可能

会直接导致时间延误、成本增加以及性

能下降，从而对系统的整体成本、性能

和交付产生重大影响。图7a是2.92mm射

频负载，图7b是Mini-SMP射频负载。两

者均能在40GHz的频率下工作。

无源元件对于人们日常依赖的众多

设备及系统的性能、可靠性和安全性至

关重要。这些元件在日常电子设备和先

进技术应用中不可或缺，从管理电流与

储存能量到过滤信号和防止电压尖峰，

都发挥着关键作用。面对尺寸、兼容

性、散热与信号完整性等集成挑战，创

新的解决方案与材料、制造技术的进步

为无源元件的整合提供了有力支持。无

源元件的持续进步与创新推动了5G网

络、汽车雷达系统和医疗成像等应用领

域的革新。■

图7：(a) PE6TR1106 2.92 mm射频负载，(b)

PE6162 Mini-SMP射频负载。

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TechnicalFeature技术特写

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Zong Si Wu、Jenq Shiou Leu，台湾科技大学

本文讨论了在根据CISPR25汽车电磁（EM）兼容性标准规

定的准则评估车载信息娱乐（IVI）显示器时，如何减轻

与辐射发射不合规相关的挑战。研究结果表明，IVI显示系统

违反了这些标准，在555-960MHz频段内的辐射水平超出允许

限值2.51dB。深入的分析指出，造成辐射超标的根本原因是嵌

入IVI屏幕的印刷电路板组件（PCBA）。为了解决这一问题，

本文所述的研究发现，对导电泡沫垫圈进行微调就能解决问

题。所做的调整大大降低了辐射干扰，使系统符合现有标准。

挑战

应对IVI系统中的CISPR25挑战

本文所述的研究推进了IVI显示器与CISPR251

汽车电磁兼

容性标准2

的一致性，确定PCBA是不符合标准的主要来源。为

确保符合标准，我们引入了一种使用导电泡沫垫圈的新型调整

方法，以显著降低辐射干扰。这种方法为类似的诊断提供了一

种模式，通过提高对IVI系统中电磁干扰的理解，为汽车电子

领域做出了贡献。

汽车电子法规

全球针对汽车电子产品的辐射发射法规各不相同，但核心

测试和实施原则是一致的。美国的FCC、欧盟的ECE第10号法

规和国际上的CISPR25为最大限度地减少干扰和确保电磁兼容

性制定了重要标准。日本的VCCI和中国的CQC为全球监管框

架做出了贡献，确保了跨地区汽车电子产品的安全性、可靠性

和兼容性，从而支持了全球贸易和消费者安全。

汽车电子产品中的辐射发射

汽车电子产品的辐射发射对安全、性能、合规性、品牌

声誉和经济成功都构成了风险。辐射发射可能导致乘员健康问

题，损害制动和导航等关键汽车功能，并破坏联网汽车的数据

交换。遵守国际发射标准对于避免处罚、产品召回或不违反禁

令至关重要，这些都会损害品牌形象并导致财务挑战。反之，

CISPR25方法增强了车载信息娱乐显示器的电磁兼容性

符合这些标准可以增强市场竞争力、提高消费者信任度并带来

经济效益，这也凸显了严格测试和控制措施在汽车电子产品开

发中的重要性。

CISPR25的起源

CISPR25由国际电工委员会（IEC）下属的国际无线电干

扰特别委员会制定，是车辆、船舶和发动机电磁干扰测试的重

要国际标准。CISPR25是为解决自1934年以来发现的射频干扰

问题而制定的，主要针对汽车和航海领域，随着汽车电子产品

的发展，该标准也在不断演变，以应对电磁干扰的复杂性。该

标准已在全球范围内获得认可，并被纳入许多国家的监管框

架，以确保符合EMI标准，该标准在全球范围内缓解EMI问题

方面发挥着至关重要的作用。

CISPR25认证和测试

CISPR25隶属于IEC，对于车辆、船舶和发动机的电磁干

扰（EMI）测试至关重要，其重点是针对电磁干扰的完整性。

该标准为法规遵从提供指导，详细规定了传导和辐射发射测

试的程序，以确保电磁兼容性。认证过程包括初步审查、在

认证实验室进行测试和结果分析，并根据新技术不断更新。

CISPR25认证表明了电磁兼容性方面的能力，使产品符合法规

要求并取得商业成功。该标准解决了管理汽车电子产品辐射发

射的难题，指导制造商遵守EMC标准并解决问题。

图1：辐射干扰限值示例——ALSE法。

表1

天线特性和应用

滤波器技术

DC 至 86 GH z

应用广泛 了解更多

腔 体

LTCC

陶瓷谐振器

MMIC 非反射型

悬置基片

• 通带范围至43.5 GHz

• 阻带范围至 57 GHz

• 带宽窄至1%

• 100+ dB的抑制度

• 分数带宽从 0.5 至 40%

• 优异的功率处理能力，

最高至 20W

• 微型SMT封装实现高Q 值

集 总 L-C

• 广泛的产品选择

• 多种封装选择，包括水洗封装

• 多种滤波器拓扑结构

• 体积小，最小封装0202

• 业界最丰富的毫米波 LTCC

滤波器选择

• 专有设计，阻带抑制度高达

100 dB

微带线

• 带连接器设计，分数带宽为

4%至40%

• 最高功率处理能力为 10W

• 平坦的群延迟

• 专利设计，吸收并内部消除阻

带信号

• 与放大器、混频器、倍频器

ADC/DAC等完美搭配使用

矩形波导

• WR-12, WR-15和WR-28接口

• 通带范围高达 87 GHz

• 高阻带抑制，达到40 dB

• 超宽通带，最高可达 26 GHz

• 宽阻带，最高可达 40 GHz

• 高 Q 值

氧化铝薄膜组件

• 通带范围从 DC 至 40 GHz

• 宽通带内实现高抑制

• 微型SMT封装

TechnicalFeature技术特写

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研究背景

产生辐射发射

当电流和电压变化导致电磁波传播时，电子设备就会产生

辐射发射。这种传播主要是由于快速数字信号切换和时钟振荡

造成的。电源、Wi-Fi、蓝牙和机械部件（如电机）也会产生辐

射。共模辐射（电流均匀流过导体）是一个重要的辐射源，并

通过类似天线的结构和谐振频率放大。减少这些辐射对于电磁

兼容性、确保产品符合标准、维护用户安全和质量至关重要。

减少辐射发射

在电子设备的设计和测试过程中，减少辐射发射对符合法

规要求和产品质量至关重要。设计阶段需要尽量减少高频元件

的使用，采用滤波器限制不需要的频率，将敏感元件与高频元

件分开，并采用全面的接地和电源平面来减少辐射。选择低辐

射元件并结合阻抗匹配可增强EMI缓解效果。

屏蔽原理

屏蔽包括使用导电或磁性材料包裹设备。它可以阻挡或吸

收来自外部和内部的电磁波。在选择材料时，要考虑导电性、

设备距离和电磁波频率。有效的屏蔽策略包括确保材料与地面

的连通性和尽量减少外壳开口。在这项研究中，导电泡沫垫圈

有效减少了PCBA在555-960MHz频率范围内的辐射发射。这证

明了屏蔽在减少电磁辐射方面所起的作用，而这对高频应用的

汽车电子产品至关重要。

屏蔽可减少产品发射并防止外部辐射干扰。屏蔽效率以

dB为单位，是未屏蔽与屏蔽波幅之比。该比率包括吸收损

耗、阻抗不连续导致的表面反射损耗和内部反射损耗。高屏蔽

效率反映了一种减少辐射能量传播的方法。Clayton R. Paul3-5

提出了一些此类方法的例子，其中对垫圈进行了改装，以防止

辐射泄漏。

实验设计

验证辐射发射的测试包括EMC仿真和实验室测试，以识

别和解决过量辐射问题，使用屏蔽、滤波和接地技术，确保符

合FCC、CE或CISPR等标准。

测试辐射发射频段

汽车电子产品的辐射发射测试要求仿真真实的车辆条件，

记录操作参数，如负载和电压，并在测试计划中指定设备方

向。根据CISPR25:2016标准，频率在30MHz以下时需要垂直

极化，频率在2500MHz以下时需要双极化。推荐的天线包括用

于VHF/UHF频率的棒状天线、用于宽带的双锥天线、用于宽

范围和方向性的对数周期天线以及用于微波频段高增益的喇叭

天线。这种结构化方法可确保在整个汽车行业进行一致的、符

合安全标准的测试。表1显示了这些天线的一些特性和应用。

辐射干扰限制-ALSE方法

根据CISPR25标准，用于测量辐射干扰的吸收衬里屏蔽外

壳（ALSE）6,7方法包括五个不同的限制等级。每个等级都有

其特定的辐射干扰限值，并在相应的表格中明确列出：

• 1级是最宽松的级别，适用于对辐射干扰不太敏感的场景

• 2级比1级有更严格的限制，通常用于普通车辆部件和模块

• 3级是中等水平的限制，通常被大多数汽车制造商视为可接

受的最低标准

• 4级包括针对对辐射干扰特别敏感的应用的更严格限制

• 5级是最严格的类别，专门用于对辐射干扰极为敏感的特殊

应用。

这些分类级别使车辆制造商和供应商能够根据自身需要选

择合适的限制，确保无线电系统在不同环境下的稳定性。图1

显示了各种移动服务应用的ALSE辐射干扰限制。

大多数最终用户要求至少达到3级性能。本文所反映的研

图2：对数周期天线。8

图3：辐射测量装置中包含对数周期天线。

表2

用于电磁干扰测试的天线选择

表3

电磁干扰暗室设备清单

TechnicalFeature技术特写

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究证实555-960MHz频段符合CISPR25

标准，强调了这些等级在保持合规性

和系统可靠性方面的重要性。555-

960MHz频段是更广泛的200MHz1GHz频谱的一部分，需要使用对数

周期天线（图2）进行电磁干扰测

试。

在测量特定频段时，测量环境9

的设计和天线的选择均符合CISPR25

规定。图3展示了测量环境的设置概

念。表2显示了各种类型天线的频率

响应和极化能力。在本例中，测量

频段为555-960MHz，对数周期天线

是最佳解决方案。

天线设置包括对天线进行细致

的定位和定向，以最大限度地提高

测试精度。设置过程规定了天线与

被测设备之间的距离，并详细说明

了对数周期天线覆盖的频率范围。

此外，还概述了垂直极化和水平极

化的使用情况，这可能因测试频率

范围而异。表3列出了所有必要测量

仪器（如频谱分析仪和电缆）的代

表性示例及其连接指导。

测试环境也可能有具体要求，

如暗室或低反射室，以确保不同测试场

所和条件下测试结果的一致性和可比

性。需要注意的是，这只是一个

概括性的解释，具体内容会随着

CISPR25标准的不同版本或修订而

变化。概述的设置为实验人员提

供了一个参考标准，以确保可靠

的测试结果。

实验结果

在555-960MHz的辐射发射

测试中，发现了超标值，特别是

在特定频率。值得注意的是，

806.5MHz频率的平均辐射水平超

出规定限值2.51dB，924MHz频率

的测量结果比标准高出0.69dB。图

4显示了测量结果。

806.5MHz频率是偏差最严

重的频率，为解决这些不达标问

题，我们对该频率进行了特别关

注。如图1所示，根据第5级的严

格标准，峰值和平均发射限值分

别为49dB(μV)/m和29dB(μV)/m。

任何超过这些阈值的频率都被视

为故障，必须采取补救措施。图1划分

了更宽松的3级和4级标准，峰值限值分

图4：辐射发射结果。

图7：使用导电泡沫的辐射发射结果。

图5：确定问题区域。 图6：使用导电泡沫。

TechnicalFeature 技术特写

Microwave Journal China 微波杂志 Nov/Dec 2024 www.mwjournalchina.com 13

上海安其威微电⼦科技有限公司

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别为61dB/m和55dB/m，平均限值分别

为41dB/m和35dB/m。测试细节显示，

就平均发射而言，806.5MHz频率的读

数为31.51dB/m，超出限值2.51dB；

924MHz频率的读数为29.69dB/m，

超出限值0.69dB。在峰值发射方面，

804.5MHz和924MHz频率的测量值分别

为40.22dB/m和37.52dB/m，远在第5级

峰值限值之内，没有超过49dB(μV)/m的

严格限值。

使用近场探头测试汽车显示屏中

使用的电路板时，检测到了可能影响屏

幕功能的过量电磁干扰。结果显示，在

特定频率下会出现明显的峰值，表明电

路不稳定。尽管记录了峰值，但测量设

备只显示了高噪声水平，而没有提供细

节，暗示了电源不稳定、接地不足或组

件故障等问题。需要进行更多的测试，

以确定噪声源并有效地加以解决。

实施导电泡沫解决方案

图5所示区域被确定为造成振荡的

原因，它使测量结果超过了图4中突出

显示的极限。这种影响是在机箱内安装

PCBA后出现的。在组装机箱之前，这

一特定区域的噪声水平并不高。据推

测，该区域的噪声增加可能是由于机箱

装配时含有金属部件。

为了解决这个问题，我们使用了

包裹在导电织物中的泡沫来封装金属区

域。经过图6所示的改装后，随后使用

近场探头进行的测量显示噪音降低了

8dB。这表明采用导电泡沫可有效降低

易产生振荡区域的噪音。

最初， 806.5MHz 的辐射超标

2.51dB。安装泡沫后重新测试显示，

790MHz的辐射改善了8dB，明显优于原

来的水平，证实了泡沫在多个频率上的

有效性，包括最初有问题的806.5MHz

和924MHz。尽管所有间隔在重新测试

时都合格，但由于数值接近失效临界

值，建议谨慎使用。值得注意的是，

806.5MHz和924MHz的重新测试表明符

合CISPR25标准。复测结果如图7所示。

结论

本项研究确定了汽车信息娱乐显

示屏的辐射超出CISPR25标准限制的问

题。研究指出，屏幕中使用的PCBA是

主要辐射源。通过使用导电泡沫对垫圈

进行改装，有效降低了辐射水平。不

过，研究范围仅限于555-960MHz。它只

针对特定型号的汽车屏幕，可能无法普

遍适用于其他型号或品牌。未来的研究

应涵盖更广的频率范围，并调查PCBA

成为重要辐射源的原因，考虑更全面的

改进策略。虽然安装导电泡沫是缓解这

一问题的有效方法，但辐射的确切来源

尚不清楚，这表明需要进一步调查，以

确保符合法规要求。■

参考文献

1. IEC, International Special Committee on Radio Interference

(CISPR) Guidance for Users of the CISPR Standards,

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Effectiveness of Enclosures with Apertures,” IEEE Trans.

Electromagn. Compat., Vol. 40, August 1998, pp. 240–248.

5. M. P. Robinson, J. D. Turner, D. W. P. Thomas, J. F. Dawson,

M. D. Ganley, A. C. Marvin, S. J. Porter, T. M. Benson and

C. Christopoulos, “Shielding Effectiveness of a Rectangular

Enclosure with a Rectangular Aperture,” Electronics Letters,

Vol. 32, August 1996, pp. 1559–1560.

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ALSE Test Method,” IEEE International Symposium on EM

Compatibility Signal/Power Integrity (EMCSI), 2017, pp. 57–62.

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Power Supplies,” Texas Instruments, Tech. Rep., June 2018.

9. CISPR, “Vehicles, Boats and Internal Combustion Engines–

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Measurement for the Protection of On-board Receivers,”

CISPR, Tech. Rep., October 27, 2016.

TechnicalFeature技术特写

14 www.mwjournalchina.com Microwave Journal China 微波杂志 Nov/Dec 2024

R. Rathna and M. A. Bhagyaveni, Anna University, Chennai, India, S.S. Shamina, Vellore Institute of Technology,

Vellore, India, and P. Latha St. Joseph's College of Engineering and Technology, Chennai, India

近来对\"车对车\"（V2V）通信的需求

在不断增长，这主要是由于人们在

努力提高汽车的安全性。各种设计，包

括天线的尺寸和类型，都会影响V2V系

统的性能。一些经典设计包括单极1

、槽

形2

和贴片天线3

。这些天线外形小巧、

结构简单，但带宽窄、覆盖效率低。为

了提高带宽并使天线能在两个频段工

作，可以使用微带单极贴片系统4

。然

而，基片厚度过厚会导致尺寸增大，并

使设计过程复杂化。

Ozpinar等人5

开发了一种毫米波天

线，可在紧凑、扁平（low-profile）的

结构中实现宽带宽、高增益、高覆盖率

和高辐射效率。虽然该天线具有多项优

势，但它会受到高传输、穿透和大气传

播损耗的严重影响。最重要的是，它需

要高增益辐射波束。

具有低包络关联系数的扁平开槽凹口MIMO天线

极化MIMO天线。该天线采用Γ形带状

接地线和非对称接地结构10，以实现低

于0.02的ECC。为了拓宽阻抗带宽，Hu

等人11设计并实现了均匀和阶梯U形槽天

线。

在本文的工作中，设计了一种带

有U形槽和凹口的宽带微带贴片天线单

元，可用于2×2和4×4 MIMO天线系

统。开槽凹口（SN）MIMO天线在V2V

通信和WiMAX所需的频段内均能正常工

作。

为了克服这些问题，现代车辆上的

系统采用了多入多出（MIMO）天线技

术。MIMO系统使用多个天线进行发射

和接收。这种结构能够在不改变发射功

率或工作频段的情况下提高带宽、数据

传输率和吞吐量。

MIMO系统还具有在强电磁散射环

境中可靠性高和延迟低的优点。6

利用

预编码技术，许多输入信道被用来传输

各种信息，而接收器则对接收到的各种

信息进行组合和处理。如果这些信道广

播相同的信息，系统容量就会被浪费。

这种现象被称为关联性，包络关联系数

（ECC）可用来量化这一现象。MIMO

天线应具有较低的单元间关联性和较高

的整体天线效率。7

目前已开发出不同的方法来创建具

有低ECC和高分集增益的紧凑型MIMO

结构。Dkiouak等人8

提出了一种由两个

平行的相同单极子组成的结构。他们为

一个四端口UWB MIMO/分集阵列开发

了一种扁平、紧凑的单极天线单元，该

阵列采用正交放置的谐振元件，可实现

小于0.004的ECC。9

然而，相控阵的设计

和布置成本高昂。

针对3.3-4.2GHz的5G应用和5.9GHz

的V2X应用，推出了一种2×1正交、圆

图1：单贴片天线单元。

表1

MIMO天线单元设计参数

图2：SN MIMO天线单元设计演变：天线1(a)、天线2(b)、天线3(c)和天线4(d)。

图3：SN MIMO天线单元的|S11|对比。

图4：(a)并排2x2天线配置。(b)正交2x2

天线配置。(c)并排2x2天线原型。

TechnicalFeature 技术特写

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TechnicalFeature技术特写

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天线之间的间距为10毫米。其ECC非常

低，小于0.02。图4c显示了图4a并排配

置的原型。

图5a比较了两种候选配置的|S11|性

能，图5b比较了两种候选配置的|S12|性

能。结果表明，并排配置在反射系数和隔

离度方面都优于正交配置。此外，实现这

一点无需额外的结构或复杂的修改。因

此，4×4天线设计选择了并排配置。

4x4 MIMO阵列

在2×2 SN MIMO的基础上，设计

了4×4 SN MIMO天线，其电路配置如

图6所示。其尺寸为68毫米×68毫米，单

元间距为10毫米，以便在多径环境中提

供良好的信号接收。图7显示了3.5GHz

频率下的仿真电流分布。电流主要集中

在每个贴片周围，从而证实了天线在特

定频段的辐射。电流还被限制在每个单

元内，没有向其他端口耗散，从而证明

了端口与端口之间的高度隔离。

图8a比较了4×4 SN MIMO天线的测

量和仿真反射S参数，图8b比较了测量

和仿真传输S参数。测量的10dB阻抗带

宽（4.25%）和端口1隔离度与仿真结果

非常吻合。在测量数据中，|S12|和|S13|的

单贴片配置和设计流程

图1显示了天线单元的配置，相关

参数列于表1。SN MIMO天线的谐振频

率为3.5GHz，由带有两个U形槽的矩形

贴片组成，以实现圆极化。凹口是通过

蚀刻边缘表面引入的，以便在所需频率

下实现低ECC。FR4基板厚1.6毫米，介

电常数为εr = 4.4，tanδ = 0.02。

图2a显示了设计的演变。首先设计

了一个尺寸为26mm×20mm的传统矩形

贴片天线，并带有一个嵌入式馈线。如

图2b所示，引入了一个U形槽，然后在

图2c中添加了第二个U形槽，这些将天

线单元匹配到50Ω。随后，在图2d中引

入第一个凹口（χ1，χ2）和第二个凹口

（χ3，χ4），以达到3.5GHz的理想频率。

图3显示了四根天线的仿真|S11|。

图2a所示嵌入式馈电天线在3.44GHz时

的|S11|为-25.93dB。图2b中单一U形设

计的|S11|在3.37GHz时为-32.08dB。当

在图2 c中引入两个

U 形槽时，频率移

至3.413GHz，|S11|

为-34.05dB。在图2d

中引入凹口后，频率

移至3.5GHz，分数阻

抗带宽为3.8%。

MIMO配置

2×2 SN MIMO

阵列

图4a和图4b展示

了2×2 SN MIMO微

带贴片天线阵列的

两种候选配置，每

种配置的尺寸均为

36mm×60mm。两个

图5：（a）天线单元的|S11|。（b）天线

单元的|S12|。

图6：4x4 MIMO天线。

图7：3.5GHz频率下4x4 SN MIMO天线的电流分布，每个端口分别驱动。

图8：(a) 4x4 SN MIMO天线的测量和仿

真反射系数。(b) 4x4 SN MIMO天线的测

量和仿真传输系数。

图9：仿真和测量的4x4 SN MIMO天线ECC。

TechnicalFeature 技术特写

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值均低于-20dB，而|S14|则低于-40dB。

SN MIMO天线分集分析与性能

MIMO天线系统的实用性取决于其

提供有效分集性能的能力。为了评估这

一点，ECC被用作衡量标准。ECC低意

味着天线之间的隔离程度高。远场天线

特性可通过公式1确定ECC。12

值得注意的是，如图9所示，当应

用于室外场景时，SN MIMO天线仿真和

测量的ECC值始终低于0.001，表明天线

单元之间的相互耦合极小。

在 MIMO 中，信道容量损失

（CCL）是衡量四端口MIMO天线阵列

在车辆中使用时由于关联效应而造成的

信道容量损失的指标。CCL的量化基于

公式2：12

其中：ΨR

是接收天线的关联矩阵，

用公式3至7表示：

其中：

在工业和车辆通信领域，CCL低于

0.4b/s/Hz即为良好。该天线的CCL如图

10所示。这些结果表明关联性影响最

小，数据传输速率高。

总有源反射系数（TARC）有助于

深入了解信号质量和反射情况，有助于

优化天线设计、减少干扰，并最终有助

图12：4x4 SN MIMO天线在3.5GHz的仿真和测量辐射方向图：（a）天线1。（b）天

线2。（c）天线3。（d）天线4。

图10：仿真和测量的4x4 SN MIMO天线CCL。 图11：4x4 SN MIMO天线的TARC。

于实现可靠、高性能的MIMO通信。它

通过S参数使用公式8确定。12

Sin表示不同天线端口之间的反射

系数。图11显示了描述不同相位组合的

TARC曲线。为了提高MIMO系统在V2V

中的性能，TARC值必须在指定频率范

围内始终低于-10dB。

图12a至图12d分别

显示了天线1至天线4在

3.5GHz时的二维辐射方

向图。天线1和2以及天

线3和4的E平面辐射方

向图相似。同样，在H

平面上，天线1和4与天

线2和3的方向图也很相

似。这确保了接收过程

中不会出现干扰问题，

并在两个平面上显示出

良好的辐射方向图。

表2将这一成果与

其它类似成果进行了

比较。它强调了该天线的ECC带宽（跨

越5G车辆通信和6GHz以下频段）及其

紧凑的结构。此外，它还展示了卓越的

CCL和TARC值。

结论

本文介绍了一种具有双U形槽和凹

口的扁平MIMO微带贴片天线，并针对

5G V2V通信进行了优化。所提出的天线

工作频率为3.5GHz，带宽为150MHz，

TechnicalFeature 技术特写

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表2

与其他作品的比较

这是智能交通系统的一项重要要求。

在该频段内实现了大于或等于5dBi的增

益。通过仿真和测量，分析了天线的

性能指标，包括ECC、CCL、TARC、

平均有效增益（MEG）、辐射方向图

和效率。ECC低于0.001，超过了之前

的研究。其紧凑的外形、良好的辐射特

性和低ECC使该设计适用于车载通信、

WiMAX和6GHz以下应用。■

参考文献

1. R. Praveena, T. R. Ganesh Babu, G. Sudha, N. Mahesh,

J. Ganasoundharam and M. Birunda, “Design of

Tilted E-Shaped Monopole Antenna for Vehicular

Communication,” 8th International Conference on Smart

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Quad-Element UWB MIMO Antenna for Automotive

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Applications,” International Journal of RF and Microwave

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13. C.E. Guan and T. Fujimoto, “Design of a Wideband

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Plane for Medical Body Area Network,” Electronics, Vol. 9,

No. 1, 2020.

TechnicalFeature技术特写

20 www.mwjournalchina.com Microwave Journal China 微波杂志 Nov/Dec 2024

Tudor Williams，Filtronic, Sedgefield, England

随着电信行业向5.5G及更高水平发

展，x-haul在确保中央结构稳健高

效方面的重要性无论如何强调都不为

过。图1显示了一个塔式x-haul收发器和

天线的示例，这种结构在世界各国越来

越常见。虽然消费者可能不会注意到移

动数据速度的显著差异，但其对工业的

影响却是深远的。在未来十年中，远程

操作将变得无处不在，许多目前无法实

现的功能将在很大程度上依赖于适当的

基础设施。本文探讨了在x-haul网络中使

用W波段和D波段的关键技术和挑战。

W波段和D波段频率的主要优势在

于，与低频段相比，它们的带宽要宽

得多。在联网设备激增和数据密集型

应用日益复杂的推动下，数据需求不

断激增，因此更宽的频谱至关重要。

W波段（75-110GHz）和D波段（110-

170GHz）提供了大量的连续频谱块，

对于支持现代通信网络所需的高数据传

输率至关重要。这些高频段尤其适用于

x-haul网络，这种网络整合了前程和回

程连接，以创建更高效、更灵活的系统

架构。通过使用这些频段，网络可以实

现更低的延迟和更高的吞吐量，确保更

灵敏、更可靠的用户体验。

具体来说，D波段提供了更大的带

宽能力，可能达到较低频段的4倍。这

种扩大的容量对于未来网络应对数据流

量的指数级增长至关重要。D波段处理

如此高带宽的能力有助于提高性能和容

量，这对于支持增强现实、虚拟现实和

物联网等数据密集型应用至关重要。这

些应用需要强大的高速连接才能有效运

行，而D波段的超高带宽使其成为满足

这些要求的理想选择。此外，容量的增

加还有助于满足用户和设备数量不断增

加的需求，确保网络性能即使在高负荷

下也能保持最佳状态。

W波段和D波段解锁电信业的未来

已达到极限，但仍在可实现的公差范围

内。这包括精确的贴片公差、焊线和加

工精度。例如，在W波段应用中，要保

持信号完整性，就需要高精度的元件贴

装和互连，以确保将信号损耗降至最低

并实现最佳性能。

D波段面临的挑战更为严峻。目

前，适用于D波段的商业可行的半导体

技术尚未完全开发出来。虽然精品工艺

能够处理D波段频率，但由于成本高昂

和可扩展性有限，它们并不适合大批量

商业应用。这意味着，在半导体制造技

术取得进步之前，D波段频率的广泛采

用可能还需要数年时间。

材料创新的重要性

开发具有卓越导电性、低介电损

耗和高导热性的新型材料，对于实现高

效可靠的元件至关重要。工程师们深入

研究了氮化镓和磷化铟等材料的复杂特

性，这些材料因其卓越的电子迁移率和

散热能力而闻名于世。此外，在纳米尺

度上精心设计的新兴复合材料具有降低

电磁干扰和增强热稳定性等独特特性，

推动了元件设计和功能的发展。

电信及其他

W波段和D波段技术的采用将对电

信以外的各行各业产生重大影响。这些

高频段可实现更强大、更可靠的通信网

络，对于自动驾驶汽车、智能城市和远

程医疗等先进应用至关重要。通过提供

必要的基础设施，这些技术将支持广泛

的创新服务和应用，推动经济增长并提

高生活质量。

随着电信行业向5.5G及更高时代迈

进，x-haul在建立弹性中央结构方面的

重要性依然至关重要。虽然终端用户可

能不会立即感受到移动数据速度的巨大

变化，但其深远的行业影响却是毋庸置

疑的。采用W波段和D波段技术是向前

迈出的关键一步，可提供更宽的带宽，

这对满足不断升级的数据需求和确保更

流畅的用户体验至关重要。然而，如何

应对与这些频率相关的技术挑战，凸显

了在材料科学、制造技术和热管理策略

方面持续创新的必要性。随着行业领导

者推动这些领域的进步，W波段和D波

段技术的无缝集成有望为不同领域带来

变革的可能性，突出了电信生态系统中

弹性和进步的永恒主题。■

克服技术和制造方面的挑战

利用W波段和D波段面临着若干技

术挑战。这些挑战包括管理固有的传播

损耗、大气吸收以及更高频率操作给组

件制造带来的更高复杂性。更高频率的

信号往往会有更大的衰减，使得在更远

距离上保持信号强度面临挑战。湿度和

雨水等大气条件会进一步加剧这些损

耗，因此需要采用强大的纠错和自适应

调制技术来保持可靠的通信。

要应对这些挑战，就必须在高频元

件的设计和生产方面进行创新。这包括

开发具有优异电气和热性能的新材料，

以提高元件的性能和可靠性。精密制造

工艺对于确保元件的精确对准和集成至

关重要，这对于保持信号完整性至关重

要。此外，还必须采用增材制造和高精

度光刻等先进制造技术来生产符合W波

段和D波段严格要求的元件。

功耗和发热量的增加意味着必须实

施先进的策略，以保持最佳性能和可靠

性。在这些策略中，使用自适应调制方

案是一种关键方法。自适应调制方案可

根据信道条件和信噪比动态调整符号率

和星座大小等参数。通过不断优化调制

参数，这些方案可以最大限度地提高频

谱效率，同时最大限度地减少噪声和失

真的影响，从而提高信号的完整性和可

靠性。

此外，纠错技术在减轻高频操作的

不利影响方面发挥着至关重要的作用。

采用先进的纠错码（如Reed-Solomon或

turbo codes）可以检测和纠正信号传输

过程中出现的错误。这些技术可有效补

偿信道损伤，包括衰减和衰落，从而增

强通信系统的稳健性。

除了自适应调制和误码校正外，集

成先进的冷却方案对于管理高频操作中

固有的散热挑战也是不可或缺的。散

热器利用高效的散热机制有效调节温

度，防止过热并确保高频元件的持续

性能。采用液体或热电冷却等技术的

有源冷却系统可提供进一步的热管理

功能，有效驱散高强度运行情况下产

生的热量。

发展现状

制造商面临的主要障碍之一是实

现必要的高频率所需的基础半导体技

图1：无线通信塔。 术。对于W波段，现有的半导体技术

2.4 GHz 组成模块

灵活、可扩展，高至 6 kW

• 30 至 +25 dBm (0.1 dB 分辨率)

• 频率范围为 2.4 至 2.5 GHz (1 kHz 分辨率)

• 射频功率控制模式为闭环和前馈控制

• 提供直观清晰的图形用户界面(GUI)

和完整 API支持

• 2.4 至 2.5 GHz

• 最多可通过1个ISC-2425-25+控制器驱动4级放大器

• 精准控制每条信号路径的振幅和相位

敬请期待...

• 300W输出功率

• 支持连续波和脉冲波

• 42 dB 增益

• 60% 效率

• 内置监测和保护功能

• 1.2 kW功率处理能力 (总端口)

• 0.1 dB 插入损耗

• 0.15 dB 振幅不平衡度

• 1° 相位不平衡度

• 4x N-型至 7/16 DIN连接器

信号发生器/控制器

ISC-2425-25+

主要特性:

4路功分器，支持相位和振幅控制

SPL-2G42G50W4+

主要特性：

300W SSPA

ZHL-2425-250X+

主要特性:

高功率4路

合路器

COM-2G42G51K0+

主要特性:

了解更多 ISM 射频 & 微波能量

TechnicalFeature技术特写

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Joel Dobler, Analog Devices

现代相控阵系统使用波束赋形器集成

电路（BFIC）构建，芯片上通常

有多条并行路径，增益和相位可独立控

制。常见的BFIC配置有两条或多条射频

路径，分别连接到集成电路封装的同一

边缘和/或同一角落的引脚上。图1显示

了一个四输入、四输出、16通道BFIC，

其所有输入均位于集成电路封装的同一

边缘。Analog Devices的ADAR3000/1/6/7

系列Ku和Ka波段BFIC均采用了这种器

件架构。每个器件都有四个输入、四个

交叉耦合输出和一个复杂的数字控制系

统，包括命令处理器、片上RAM和FIFO

存储器。

BFIC的复杂性和尺寸带来了挑战。

射频输入和输出的数量及其相关的接

地-信号-接地配置造成引脚与引脚之间

的距离很近。将多条射频线路从这些间

距很近的引脚路由到相邻电路或其他印

刷电路板（PCB）是一项挑战。射频功

率渐变被广泛用于减少旁瓣，但由于这

会导致信道与信道之间的功率差异高达

30dB，因此信道与信道之间的隔离至关

重要，而射频线路的布线会对隔离产生

重大影响。除了路由问题，传输线阻抗

也非常重要。传输线阻抗精度差和电路

板之间阻抗过渡差会导致信号反射，降

低射频功率传输到天线的效率。较大的

信号反射还会导致不稳定和振荡。

射频传输线制造

PCB制造商支持多种常见的射频传

输线拓扑结构，包括微带线、接地共面

波导(GCPW)、带状线和不太常见的埋

入式GCPW，后者类似于GCPW和带状

线的混合体。微带线相对易于制造，但

由于其较高的传输损耗和较差的模式抑

制，使其在6GHz以上应用中不太受欢

迎。1

而GCPW、埋入式GCPW和带状

线由于辐射损耗较低，模式抑制能力较

强，因此在6GHz以上频率的运行效果

更好。埋入式线路拓扑结构提高了隔离

度，但制造难度更大，且需要通孔与之

连接。这些通孔通常是盲孔，以最大

多通道波束赋形器射频集成电路的PCB设计

微带和带状射频线路的横向间隙较

大，不会影响线路阻抗。这导致在微带

拓扑结构中，所有场线都通向下接地平

面，而在带状拓扑结构中，所有场线都

通向上接地平面和下接地平面。然而，

对于GCPW射频迹线，横向间隙到地的

距离在设计上相对较小，因此大部分场

线都会进入横向地平面。

图4显示了射频带状线迹线的线路

阻抗5

与线路宽度标称偏差的关系。标称

线宽分别为3、5、7和10mil。该图还显

示了电介质比标称值厚5%（假设带状线

铜厚为0.7mil，εR=3.1）时的阻抗偏差。

请注意，在绝对宽度偏差相同的情

况下，较宽线路的偏差较小，而较窄线

路的阻抗变化较大。因此，较宽的标称

线宽更容易受制造变化的影响。相比之

下，当介质厚度增加5%时，无论标称线

宽如何，阻抗偏移都大致相等。这意味

着PCB制造商必须在一定公差范围内满

足最终压制厚度要求，以达到目标线路

阻抗公差。图4中的重点是增加介质厚

度，因为根据对不同线路拓扑结构的许

多PCB制造批次的观察，线路阻抗往往

大于或等于设计目标。这就形成了一个

经验法则，即设计线路时要比目标值小

限度地减少寄生电

感，但这也会增加

电路板成本。

图 2 显示了

GCPW 、埋入式

GCPW和带状线的

横截面，以及决定

标称线路阻抗的重

要几何参数。这些

几何参数包括线路

宽度(W1/W2/W3)、

线路边缘到相邻地

平面的横向距离(G1/

G2/G3)、介质材料

的厚度(T1/T2)以及

介质材料的相对介

电系数(εR1/εR2)。图

2没有显示线路所用

铜的厚度或所需的

接地网。铜的厚度

确实需要考虑，但

这只是次要因素。

通孔栅栏将在后面

讨论。拓扑结构的

选择取决于可接受

的线路损耗、频率、所需的线对线隔

离、可用空间和PCB材料的介电厚度。

制造公差如何影响线路阻抗

制造公差会影响射频线路拓扑结

构的精度。图3显示了一条3mil宽带状

线的时域反射仪(TDR)曲线，设计值为

50Ω，但测量值约为60Ω。最初的目标

容差为±10%（45至55Ω），回波损耗

超过20dB。

许多PCB制造商提供的迹线宽度低

至3mil（铜厚也是一个影响因素），其

公差为1至2mil。2,3,4电介质制造商通常

只提供典型的电介质厚度，这很可能是

因为PCB制造商在电路板层压过程中决

定了最终厚度。如果接地平面没有停在

应该停的位置，与地面的横向间隙就会

发生变化。此外，如果线路宽度发生变

化，有效横向间隙宽度也会发生变化。

图1：BGA封装的BFIC芯片框图（未按比例）。

图2：GCPW、埋入式GCPW和带状线拓扑的截面图。

TechnicalFeature技术特写

24 www.mwjournalchina.com Microwave Journal China 微波杂志 Nov/Dec 2024

几个欧姆，特别是当宽度较小时（如小

于5mil）。采用这种方法可能需要放弃

通常限制PCB制造商的受控阻抗要求。

如果出于其他设计考虑必须使用细线，

则应选择可靠的PCB制造商。通过多次

制作或使用不同宽度（50Ω±10%）的

多条线路制作实验电路板，可逐步建立

对PCB制造商的信心。然后进行测量，

以确定哪条线宽最接近50Ω。

GCPW与埋入式GCPW

在任何PCB上，相邻的两条传输线

都会产生一定程度的耦合。这种耦合

可能是电气耦合和/或通过电场和磁场

耦合，从而导致非无限隔离。PCB上传

输线之间的隔离效果不佳是个问题，尤

其是在信号电平差异较大的应用中。在

使用多通道BFIC的相控阵系统中，当

两个相邻通道分别以最小和最大衰减工

作时，寄生信号耦合会降低可变幅度

和相位(VAP)块在高衰减路径上的增益

控制功能的线性度。在带有GCPW传输

线的评估板上观察到了这种行为。使用

Keysight RFPro进行的电磁仿真显示，与

现有的GCPW PCB解决方案相比，埋入

式GCPW传输线将传输线之间的带内隔

离度提高了15dB。

有效增益误差是增益控制非线性

的一个抽象指标。在本案例中，对两种

版本的PCB都测量了均方根增益误差。

图5a显示了带有GCPW的原始PCB的有

效值增益误差，而图5b显示了重新设计

的含有埋入式GCPW的PCB的有效值增

益误差。在图5a中，当VAP模块的数字

阶跃衰减器(DSA)在其整个范围内工作

时，均方根增益误差最大。这在意料之

中，因为当DSA衰减电平之间的差值

最大时，应用最容易受到隔离度差的影

响。埋入式GCPW电路板更高的线对线

隔离大大改善了RMS增益误差，与仿真

结果一致，并显示了BFIC的实际性能。

这些结果表明，即使在30GHz时将隔离

频引脚之间的距离。例如，一个BGA

的焊球直径为5.5mil（0.22mm），引

脚间距为10mil（0.4mm），射频引脚

间距为30mil（1.2mm），隔离度要求

为-65dB。在这种情况下，对称带状线是

一个不错的选择，其大致尺寸为6mil线

宽、6mil厚介质（线的上方和下方）和

10mil横向对地间隙（假设介电常数为低

三度）。带状线的经验法则是横向间隙

到地的距离大约是线宽的两倍，因为较

小的间隙距离会开始影响线路阻抗。射

频引脚之间的距离越小，线路的宽度就

越小，而射频引脚之间的距离越大，线

路的宽度就越大。后者更可取，因为在

制造过程中达到50Ω的几率更高。

设备附近的路由

使用带状线时，必须注意过渡到

顶层的器件引脚，因为如果不使用适当

的接地通孔，这种过渡会大大降低隔离

度。如图6所示，为达到最高隔离度，通

孔的接地壁应延伸至器件过渡处的带状

线末端周围。这种技术扩展了最佳隔离

性能所需的关键接地壁。器件还应有接

地引脚、凸块和/或接地片（paddle），

环绕信号引脚，并应与扩展的接地壁通

孔大致重合。

射频引脚之间的距离较短，可能无

法为每条传输线提供足够的区域，使其

保持与设备相同的通孔栅栏。根据可用

面积的不同，通孔栅栏的典型选择有以

下几种：

• 在不违反制造厂对介质厚度的长宽比

规定的情况下，使用较小的通孔。

• 如果器件接口处的某条线路上没有通

孔，则在面积适中的地方以锯齿形错

开通孔。

• 如图6所示，在线路之间使用单排较

大尺寸的通孔，同时保持与较小通孔

相同的边缘间距，以优化隔离性能。

度适度提高15dB，

也会对测量性能产

生巨大影响。

多路射频线路路由指引

为具有多个射频输入和输出的射

频波束赋形器设计PCB线路非常困难。

如上所述，需要仔细选择和设计传输线

拓扑结构。此外，为了获得良好的回波

损耗和隔离效果，设备中正确的接地线

也很重要。BFIC的隔离要求和几何形

状决定了传输线拓扑结构。例如，如果

隔离度要求在-40dB左右，GCPW就是

一个不错的选择。如果隔离度需要达到

约-65dB，则需要使用基于实验结果的带

状传输线。

接下来，考虑BFIC的几何形状，

重点是每个引脚的尺寸、引脚间距和射

图3：第2层上3mil宽带状线的TDR图。

图4：线路阻抗与线宽偏差的关系。

图5：GCPW（a）和埋入式GCPW（b）

传输线在DSA设置下的均方根增益误差

与频率关系。

坚固的陶瓷封装满足

军事级的苛刻工作环境要求

低至-173 dBc/Hz

@ 10 kHz偏移

为宽带和多频段应用提供平坦增

益

节省平衡和推挽配置

占用的空间

高达31.5 dB的数字增益控制

CATV (75Ω)

射频晶体管

双匹配

可变增益

高可靠性

支持 DOCSIS® 3.1

和4.0需求

噪声系数<1 dB，尺寸小至

1.18 x 1.42mm

每一项需求都有应对方案

宽带增益模块

噪声系数低至0.38 dB，

适用于高灵敏度的接受机系统

高线性度 低噪声

带宽达45 GHz的高动态范围

低附加相位噪声

MMIC

放大器

DC 至 50 GH z

自行设计的300+型号

TechnicalFeature技术特写

26 www.mwjournalchina.com Microwave Journal China 微波杂志 Nov/Dec 2024

• 当线路之间的空间非常有限时，使用

单排相同尺寸的通孔。

何时以及如何扇出线路取决于射频

I/O引脚在器件上的位置关系。一般的经

验法则是，扇出应该在可行的情况下尽

快进行，以减少并行运行，从而最大限

度地提高隔离度。如图6所示，由于射

频引脚的位置，扇出可以立即进行。不

过，图7显示了四个输出端不同并行距离

的扇出情况。在这种情况下，扇出受到

器件顶部显示的非射频I/O路由和相关电

路（L2、L4、P15、P16等）以及器件右

侧射频输出的限制。

板内连接

射频传输线和射频连接器之间的射

频阻抗不连续性与从走线到设备的过渡

同样重要。在电路板之间过渡时，有两

种物理互连方式可供选择：

• 横向安装到PCB边缘的边缘安装连接

器。

• 垂直安装连接器，垂直安装在PCB

上。

这两种类型都有SMA、SMP、

SMPM、2.92mm和2.4mm接口。

设备的外形尺寸对选择边缘安装连

接器还是垂直安装连接器有很大影响。

边缘安装连接器意味着横向排列的互连

PCB。如果系统安装在单个金属机箱/散

热器中，这种布置可能是最佳选择。垂

直安装连接器提供了堆叠多块电路板的

可能性。这可能会带来更紧凑的外形尺

寸，但这种配置也可能需要空气冷却，

因为单个电路板不可能有散热片。如果

一块电路板采用边缘安装，而另一块电

路板采用垂直安装，那么这两块电路板

就会以插槽方式正交连接。

虽然边缘安装连接器应用广泛，但

由于连接在电路板边缘，它们也有潜在

的缺点。边缘连接器要求PCB的顶部接

地平面，最好是底部接地平面延伸到电

路板边缘。大多数PCB制造商在使用标

准铣边/布线和蚀刻回拉技术时，只能保

证接地平面边缘与连接器位置的电路板

边缘之间有2mil的距离。由于在2mil或

更大的间隙中缺乏接地回波，这表现为

阻抗不连续，并降低了回波损耗。

由于垂直安装连接器不受电路板

边缘的限制，因此不易受到这些边缘布

线问题的影响。在简单的单器件电路板

上，连接器可以放置在靠近器件的位

置，以尽量减少插入损耗。此外，还可

以匹配电路板上的过渡，从而最大限度

地减少阻抗不连续性。一些连接器供应

商会为给定的线路设计和堆叠创建定制

的基底面。图8显示了SV Microwave垂直

安装连接器与带状线射频迹线接口的四

个PCB层。

垂直安装连接器面临的一个挑战是

在组装过程中实现连接器与PCB基底面

的良好对准。理想情况下，连接器的圆

形中心引脚与PCB上的圆形焊盘连接，

中心对齐。但是，将连接器安装在二维

接地平面上时，可能会出现从左到右和

从前到后的移动。这两个方向中任何一

个方向的移动都会导致中心引脚与PCB

焊盘错位。最好的对准方法是严格控制

安装孔的尺寸公差，以尽量减少连接器

的移动。

结论

现代高频BFIC使PCB设计更具挑战

性。为了保持较高的通道间隔离度，一

些射频迹线设计不得不从表面GCPW迁

移到埋入式带状线。即使在使用埋入式

带状线时，也必须注意使用完全环绕器

件引脚的密间距通孔栅栏来保持相邻迹

线之间的隔离。在进行这些具有挑战性

的设计时，PCB设计人员可以通过避免

使用极细的射频迹线或设计略低于目标

值的特性阻抗来避免潜在的制造问题。

在设计板对板互连时，最有可能根据终

端设备的外形尺寸选择垂直安装或边缘

安装互连。垂直安装互连不太容易受到

电路板边缘制造限制的影响。■

参考文献

1. J. Coonrod, \"Comparing Microstrip and Grounded Coplanar

Waveguides,\" Rogers Corporation, Web: https://rogerscorp.

com/blog/2020/comparing-microstrip-and-groundedcoplanar-waveguides.

2. \"PCB Tolerances in Fabrication,\" MADPCB, Web: https://

madpcb.com/tolerances/.

3. \"Tolerances,\" AdvancedPCB, Web: https://www.4pcb.com/

pcb-design-specifications.

4. \"PCB Fabrication Tolerances,\" Imagineering, Inc., Web:

https://www.pcbnet.com/capabilities/fabrication/tolerances/.

5. \" S tr ip lin e, \" M icr o w av es 1 0 1 , Web : h ttp s ://w w w.

microwaves101.com/encyclopedias/stripline.

图8：(a)第1层接地平面、焊盘和通孔。

(b)第2层带状线。(c)第3层30mil空隙匹

配网络。(d)第4层实心接地平面。

图6：延伸至传输线周围的接地壁通孔。 图7：多个射频输出的扇出。

欢迎投稿

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15611832959（电话/微信）

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Ziyue Ding、Haiyi Cai、Jincan Zhang、Yuhao Ren、Jinchan Wang，河南科技大学

电子信息产业日新月异，与半导体

器件的蓬勃发展密不可分。1-3 GaN

HEMT（氮化镓高电子迁移率晶体管）

具有宽频带、高电子迁移率、高耐压性

以及能在高温下可靠工作等优点，被广

泛应用于大功率和高频电路中。4-11 GaN

HEMT的精确建模是器件和电路设计的

必要条件，而大信号建模的准确性在很

大程度上取决于小信号模型。12,13因此，

必须进行小信号建模，并准确提取和优

化小信号模型参数。14,15

自2000年以来，具有代表性的GaN

HEMT小信号模型和参数提取方法相继

被提出。16,17目前，GaN HEMT小信号

模型的参数提取方法主要包括直接提取

18-20和数值优化21-23。为了快速准确地提

取GaN HEMT小信号模型参数，本文采

用直接提取法提取寄生参数。然后，采

用改进的PSO（粒子群优化）算法提取

和优化本征参数。24 PSO算法有很多优

点，比如易于实现、可调参数少，而且

经常被应用于很多领域。26,27然而，标准

PSO算法存在收敛过早和容易陷入局部

最优的问题。28,29

针对这一问题，Clerc和Kennedy30提

出利用约束因子λ来控制算法的收敛速

度。这一策略在一定程度上改善了标准

PSO算法的性能，但在高度复杂和高纬

度（high-latitude）的优化问题中，仍容

易陷入局部最优。为了更好地改善算法

过早收敛和陷入局部最优的倾向，本文

介绍了一种非线性DAIW-PSO（动态自

适应惯性权重-粒子群优化）算法，用于

提取和优化GaN HEMT小信号模型的本

用于小信号GaN HEMT建模的非线性算法

VDS=0V。这种提取技术不依赖于肖特基

栅极结的正偏压，从而消除了大栅极电

流引起的栅极劣化。

DAIW-PSO算法

PSO算法随机定义无质量和无体积

粒子，以确定最优解。每个粒子有两个

向量：速度和位置。在迭代过程中，每

个粒子根据适应度函数更新局部最优值

（pbest），粒子群根据所有局部最优值找

到全局最优值（gbest）。粒子根据自身

经验和粒子群的经验不断调整速度和位

置。粒子在公式1和公式2所描述的迭代

过程中更新其速度和位置：

其中：vi

t

是粒子的速度；xi

t

是粒

子的位置；pi

t

是局部最优；gi

t

为全局最

优；c 1和c 2是学习因子；r 1和r 2是随机

数，通常在[0-1]的范围内；ω是惯性权

重系数，通常取值范围为[0.4-0.9]。

惯性权重系数ω对调节全局搜索和

局部搜索非常重要。当ω值较大时，粒

子群可以在确定的范围内进行最广泛的

搜索。当ω值较小时，粒子群可以在确

征参数。31

小信号模型

GaN HEMT小信号等效电路模型分

为两部分，如图1所示。图中，虚线框

内为本征电路模型，框外为寄生电路模

型。寄生元件主要包括寄生电容（Cpg、

Cpd、Cpgd）、寄生电感（Lg、Ld、Ls）

和寄生电阻（Rg、Rd、Rs）。本征元

件主要包括栅极-源极电容（Cgs）、栅

极-漏极电容（Cgd）、漏极-源极电容

（Cgs）、本征电阻（Ri

）、漏极-源极电

阻（Rds）、栅极-漏极电阻（Rgd）、跨

电导（Gm）、时间延迟常数（τ）、栅

极-漏极差分电导（Ggdf）和漏极-源极差

分电导（Ggsf）。

小信号模型参数提取

寄生参数提取

分别提取寄生电容、寄生电感和寄

生电阻的值。寄生电容是在VGS=-3V、

VDS=0V或VGS=-2.75V、VDS=0V的截止

条件和低频状态下提取的。32在此条件

下，寄生电阻和寄生电感可忽略不计，

器件主要表现出电容特性，因此可以提

取寄生电容。

剔除寄生电容的影响后，在无偏置

条件下（VGS=0V，

VDS=0V）提取寄生

电感。在剔除寄生

电容和寄生电感的

影响后，使用反向截

止法提取寄生电阻，

此 时 V G S=-2.5V ，

图1：GaN HEMT小信号模型等效电路。 图2：DAIW-PSO优化内在参数算法流程图。

超高抑制性能

• 抑制能力下限为100+ dB

• 卓越选择性

• 内置屏蔽

• 1812封装样式

• 专利申请中

衬底集成波导

• 行业首款商用SIW LTCC滤波器

• 窄带宽(~5%) 及良好选择性

• 内部屏蔽，以防失谐

• 1210封装样式

毫米波通带

• 通带高达50+ GHz

• 行业内最丰富的 LTCC型号，专为5G FR2频段进行性能优化

• 适用于Ku频段和Ka频段卫星通信下行链路的型号不断扩充

• 1812 与1008 封装样式

集成巴伦带通滤波器

• 单个器件同时集成巴伦变换器和带通滤波器

• 在ADC, DAC和其他电路中节省空间，简化电路板布局

• 1210, 1008 & 0805封装样式

LTCC 滤波器

创新一览

专有技术

行业最丰富的品类

了解更多

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定的较小范围内进行精细的局部搜索。

标准PSO算法的惯性权重系数是固定

的，因此该算法不能很好地平衡全局搜

索和局部搜索，存在收敛过早和容易陷

入局部最优的问题。

Shi和Eberhart33提出了一种惯性权重

线性递减的PSO算法，以提高算法的搜

索能力。然而，实际优化过程中粒子群

的运动轨迹比较复杂，线性递减的惯性

权重无法反映实际的优化搜索过程。考

虑到这一问题，本文采用非线性动态自

适应惯性权重来改进PSO算法，产生了

DAIW-PSO算法。

在DAIW-PSO算法中，演变离散度

用于描述粒子群演变过程中总体适合度

值的变化。第t代群与第（t-1）代群之间

适合度值的标准偏差被定义为演变离散

度k(t)。31如公式3所示：

如公式4所示，sigmoid函数S(x)在线

性和非线性之间取得了很好的平衡，是

一个很好的阈值函数31：

DAIW系数是通过离散化函数和

sigmoid函数的共同演变得到的。31其惯

性权重系数见公式5：

其中：ω max是最大惯性权重系数

（通常取0.9）；ωmin是最小惯性权重系

数（通常取0.4）；t是当代迭代次数；

Tmax是最大迭代次数；b是阻尼系数，用

于调整k(t)的平滑度。

DAIW-PSO算法用于提取器件模型

的固有参数部分。其具体流程如图2所

示。

内在参数提取

通过去嵌入剔除寄生参数的影响

后，在特定偏置条件下使用DAIW-PSO

算法，利用公式6至公式9提取和优化固

有参数。

其中：Yint,11、Yint,12、Yint,21和Yint,22是

本征电路模型的Y参数；Ygs是栅-源导

纳；Ygd是栅-漏导纳；Yds为漏-源导纳；

Ygm是本征电导。

由此可推导出公式10至公式12：

Cgs的值是根据公式10的斜率求得

的，如图3所示，Rgsf是根据其截距求得

的。Cds和Cgd的值分别来自公式11和12的

斜率。Rds、τ和Gm值可从公式13至公式

15中求得：

Rgd，Cgd和RCigs的值由公式16和公

式17实部的斜率得出，从而得到Rgd和Ri

的值，Rgdf的值由公式16实部的截距得

出。

实验结果

GaN HEMT器件用于验证 0.5-

20.5GHz频率范围内的小信号模型。该

器件使用晶圆外精密短路/开路/负载标

准进行校准。Keysight E3631A电源用于

提供直流偏置电压，S参数使用Keysight

N522A矢量网络分析仪测量。在Keysight

图4：VGS=0V、VDS=10V时的S参数建模

结果。

图5：VGS=-1V，VDS=12V时的S参数建模

结果。

图6：VGS=-1V、VDS=14V时的S参数建模

结果。

图3：B与w的关系图2

。

TechnicalFeature 技术特写

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TechnicalFeature技术特写

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ADS软件中构建了GaN HEMT 19参数小

信号模型，用于参数仿真。在MATLAB

软件中构建了优化算法，以提取和优化

固有参数。

在提取寄生参数和本征参数值后，

将参数值代入小信号ADS模型即可获

得S参数。为了更直观地了解PSO算法

和DAIW-PSO算法在参数优化方面的性

能，图4至图6中的史密斯图对建模结果

和测量结果进行了比较。在三种偏置条

件下，使用DAIW-PSO算法提取的参数

建模误差较小，接近测量结果。

对所开发模型的误差分析由公式18

得出：

其中：N表示在扫描频率范围内选

择的测量点数量；Sij

meas(fk)表示实际测

量的S参数；Sij

model(fk)表示根据本文建立

的小信号模型仿真得到的S参数值。

表1显示了GaN HEMT参数的误差。

与单独使用PSO算法相比，使用DAIWPSO算法提取的参数仿真得到的S参数误

差更小，优化结果更好。

结论

为了准确描述GaN HEMT器件的

小信号特性，我们采用DAIW-PSO算法

来提取和优化其内在参数。DAIW-PSO

算法结合了演变离散度k(t)和sigmoid函

数，以获得非线性动态自适应惯性权重

因子，从而优化标准PSO算法。DAIWPSO算法明显改善了标准PSO算法的性

能。实验结果表明，使用DAIW-PSO算

法提取的参数建立的S参数模型与0.5-

20.5GHz范围内的测量结果非常接近，

这验证了该算法的准确性和有效性。

DAIW-PSO算法还有助于提取和优化

GaN HEMT小信号模型参数。■

致谢

本研究得到了河南省科技厅基金的

资助（批准号：232102211066）。

参考文献

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Optimizer,” IEEE International Conference on Evolutionary

Computation Proceedings. IEEE World Congress on

Computational Intelligence, May 1998.

表1

GaN HEMT参数误差

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James Cheng、David Schnaufer、Ryan Jennings，Qorvo

在本系列文章的第一篇《现代低轨卫

星技术如何改写太空竞赛格局》

（《微波杂志》24年9/10月第26页）

中，我们探讨了卫星通信的诸多方面，

并初步讨论了其对5G新空口（NR）蜂

窝网络和物联网（IoT）的影响。在本文

中，我们将更深入地探索卫星格形网络

与非地面网络（NTN）的融合，以及它

们如何改变未来的通信格局。

NTN卫星作为中继站，扩展了地

面网络的无线覆盖范围和容量。这些网

络为紧急情况、灾难及物联网设备等提

供通信手段。此外，一些公司正推出协

议，将卫星通信功能集成到最新的高端

智能手机中。借助低地球轨道（LEO）

卫星网络，可实现全球双向紧急信息传

递、面向偏远地区的低成本互联网服

务、远程文本通信，以及其它基于手机

的通信功能。

此外，3GPP第17版标准增加了新

的5G卫星网络应用，涵盖地球静止轨道

（GEO）、中地球轨道（MEO）和LEO

卫星技术。5G NR NTN卫星网络包括

两个通信链路——一个在卫星与用户之

间，另一个在卫星与连接至地球数据网

络的地面站间。它将提供NTN-IoT及5G

NR通信服务，将智能手机和其它支持

5G的设备连接到NTN。

5G NR NTN与卫星技术的进步

位于地球上空近36,000公里的GEO

卫星延迟为280毫秒，而运行在500至

1,200公里高度的LEO卫星则可将延迟降

低至仅6至30毫秒。因此，从用户设备

（UE）到LEO卫星的最大单向传播延迟

远低于MEO和GEO。

融合卫星技术的5G NR NTN架构有

低轨卫星在全球无线通信扩展中的角色

望实现全球蜂窝无线连接。3GPP第17

版标准侧重于增强全球5G-NTN和IoTNTN服务，并引入低延迟的直通蜂窝服

务，将sub-6GHz频段的速度提升至数十

Mbps。

此外，第18版标准旨在通过使用

10GHz以上的频率——特别是Ka和Ku频

段，来改善覆盖范围及移动性。由此，

将使速度达到数百Mbps，有利于部署较

小尺寸的有源电子扫描阵列（AESA）

天线，如SpaceX的Starlink所使用的天

线。这些技术进步提升了速度，还将覆

盖范围扩展至传统网络无法触及的偏远

地区。

如表1所示，3GPP标准下的5G NTN

演进包括频谱的扩展，以涵盖L、S、

K和Ka频段，从而增强上行链路覆盖，

并支持移动服务。第18版标准还特别

针对新引入的3个10GHz以上NTN频段

（n510、n511和n512），以进一步完善

5G NTN设计，实现更佳的性能和更广泛

的接入。

NTN的另一个关键目标是提高有限

的无线电频谱的效率。该频谱经常处于

拥塞状态。最近的技术研究正在寻找更

好的方法来管理这种拥塞，例如在空间

网络中采用时分双工（TDD）模式，改

变了为发送和接收信号分配不同路径的

传统方法。如表2所示，使用TDD频段

有助于移动运营商在繁忙的sub-6GHz频

谱上腾出更多空间。这些改进正在推动

卫星技术向前发展，使其更智能、更符

合地面网络的要求。

单向与双向卫星通信的对比

卫星通信分为单向和双向。单向通

信涉及从卫星到地面的信号传输，应用

于GPS、卫星电视和广播等服务。相比

之下，双向通信能够实现卫星与地面站

之间的交互式信号交换，支持互联网服

务和电话通话。图1展示了涉及地球站和

卫星单、双向通信间的差异。

表1：卫星通信NTN频段

表2：TDD NTN频段

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Microwave Journal China 微波杂志 Nov/Dec 2024 www.mwjournalchina.com 35

如图所示，单向通信（左图）——

如直播卫星（DBS）服务等，传统上依

赖GEO卫星。GEO卫星与地球自转同

步，仅环绕地球赤道运行。从地面视角

看，GEO卫星在天空中处于固定位置。

GEO卫星是地球同步轨道（GSO）卫星

的一种，两者都用于电信及地球观测。

非地球静止轨道（NGSO）卫星的

轨道高度低于GEO卫星，且完成一圈轨

道所需时间更短。NGSO卫星在天空中

不断移动，能够为移动卫星服务提供更

好的覆盖，并改善全球连接。NGSO轨

道有多种类型，包括LEO、MEO和高椭

圆轨道（HEO），其中LEO距离地球最

近。

双向LEO卫星架构进一步提升了整

体卫星通信能力。此类双向卫星通信超

越了过去的单向“弯管”式设置，融入

了诸如AESA天线等技术。“弯管”架

构的运作方式类似于中继器，而双向架

构则超越了这种单向通信方式。这些先

进的系统对于增强地面与卫星间的通信

至关重要。

NTN的透明与再生架构

新一代地面站系统基础设施正朝

着灵活且互联的方向发展，配备了更小

的平板用户终端，类似于蜂窝网络。

为了将卫星接入网络融入5G，3GPP

TR38.821引入了两种基于卫星的下一代

无线接入网（NG-RAN）架构：透明架

构和再生架构。

如图2（左）所示，在透明有效载

荷架构中，3GPP 5G NR基站（gNB）位

于地球上，而卫星则扮演“弯管”中继

器的角色。在透明有效载荷通信中，RF

滤波、变频和放大等操作均在卫星上进

行。

在图2（右）所示的再生有效载荷

架构中，全部或部分gNB功能在卫星上

实现。因此，在再生有效载荷通信中，

RF滤波、变频和放大、解调、编码/解

码、切换或路由，以及调制等操作均在

卫星上完成。这就如同在卫星上搭载了

全部或部分gNB传统地面蜂窝基站的功

能。此类用于LEO卫星的再生系统架构

相较于传统“弯管”转发器具有诸多优

势；且由于当前的LEO星座拥有自己专

有的波形和机载处理系统，其已成为未

来架构的方向。

AESA和波束赋形技术的引入

传统抛物面（碟形）天线的局限性

已使其难以满足当前的需求，由此推动

了向AESA或相控阵天线等电子扫描天线

的过渡。AESA天线能以电子方式改变信

号方向，而无需物理移动，这在灵活性

上大大优于机械扫描天线。此外，AESA

可以利用波束赋形技术创建和发送信

号，实现快速且准确的波束方向调整。

这使得与任何轨道上的卫星建立连接成

为可能，并能在卫星间实现快速切换。

如图3所示，用户CPE终端是用户

与卫星间的直接连接。这些设备成本低

廉、易于设置，可固定或移动（如移

动卫星通信、海事应用等）。其利用

AESA天线将各种技术集成到更紧凑、

更轻巧的设计中。这包括用于灵活跟踪

和导向的波束赋形技术，同时采用商用

现成品组件；此外，它们还支持更快的

数据传输方式。

结语

本文重点探讨了卫星网络与5G NR

NTN的集成，特别强调了LEO卫星的应

用。这种部署扩大了地面5G网络覆盖范

围，并支持从应急通信到物联网应用等

各类服务。同时，我们着重介绍了3GPP

第17版中的最新进展，特别是将卫星连

接扩展到智能手机，从而获得全球范围

的信息传递与宽带增强功能。我们还探

索了从传统“弯管”模型向先进双向通

信系统的转变，其中采用了商用技术以

提高效率。借助

AESA 和波束赋

形技术，数据传

输速度及可用频

率利用效率均得

到显著提升。这

一进步推动全球

通信向前发展，

使互联网连接更

快、覆盖更广，

并为偏远地区提

供更可靠的服

务。■

图1：单向和双向卫星通信应用场景示例。

图2：卫星有效载荷透明网络和再生网络。

图3：家用AESA波束赋形终端。

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Alan Salari, Quaxys LLC, Vienna, Va.

量子信息科学与技术（QIST）包括

量子计算、通信、传感和仿真。这

些突破性技术将迅速重塑我们的世界。

安全的量子通信、量子互联网和先进的

量子传感器等即将成为我们日常生活中

不可或缺的一部分。然而，量子计算面

临着更大的挑战，需要更多的时间来实

现其预期潜力。图1展示了一台超导量子

计算机。

QIST仍处于新兴阶段。随着该学科

的不断发展，它将面临许多技术挑战，

同时也需要一支高技能的人才队伍。这

一挑战的重要部分在于培养一支多学科

的人才队伍，将出色的分析技能与工程

和科学方面的专业知识结合起来。

Hughes等人在《量子产业需求评

估》1

一书中强调了量子产业对专业技

术人才的迫切需求。传统的量子工程培

训往往是一个漫长的过程，这带来了挑

战。然而，通过优先考虑对量子研发至

关重要的基本现实技能，可以加快培训

进程。此外，还有一个重要的机会来提

高现有专业人员（包括硬件和软件工程

师）的技能，以满足量子信息和技术领

域日益增长的需求。要加快这一转变，

拥有促进快速培训的资源至关重要。认

识到这一需求，像Quaxys这样的公司正

在专门为专业微波和量子硬件培训提供

面向实践的课程。这些努力还催生了一

些书籍，如《超导量子计算机中的微波

技术》2

，旨在向参与半导体量子平台开

发的量子硬件工程师传授基本技能，涵

盖超导、自旋和拓扑量子比特等主题。

量子计算平台分为两类：原子和离

子量子比特等自然系统，以及超导、自

旋和拓扑量子比特等人工系统。每类平

台都需要特定的技能，有些是平台独有

的，有些则是共享的。以下章节将探讨

四个主要技能组合：微波工程、低温工

程、纳米制造和数据采集与测量，这对

量子微波工程：量子硬件工程师的关键技能

于量子硬件工程师和从事半导体量子比

特研究的公司来说至关重要，有助于他

们在这一领域取得成功。

微波工程

量子技术领域，尤其是半导体量

子比特，为微波和嵌入式硬件工程专业

的硬件工程师带来了无限可能。作为一

个起点，探索一些基本原理是很有意义

的。其中包括量子比特的定义以及利用

微波频率实现超导量子比特的原理。

量子比特是量子计算中的基本信息

单位，代表一个两级量子系统。信息编

码通过基态（用“0”表示）和激发态

（用“1”表示）进行。

下面，我们将从概念上描述如何将

超导量子比特作为非线性LC电路来仿真

原子的行为。图2a展示了原子从高能级

弛豫到低能级的过程。如图所示，这种

转变的特征是发射与能级差对应的一定

频率的光子。在氢原子等具有两个以上

能级的原子中，电子从高能轨道跃迁到

低能轨道会产生一系列光谱发射线。这

些称为氢原子的巴尔默系列转变，如图

2b所示。n值为整数，对应于过渡所涉

及的主量子数。如图所示，每个转变都

有一个独特的频率。使用超导电路可以

仿真这种原子行为。如图2c所示，超导

LC电路是一个具有等距能级的量子谐振

器。因此，能级之间没有唯一的转换频

率，因此不可能只分离和处理两个能级

来构建量子比特。如图2d所示，通过使

用约瑟夫森结为LC电路增加非线性，我

们可以建立一个具有非等距能级的非谐

波量子振荡器。这将导致能级之间产生

独特的过渡能量，类似于真实原子。这

种非线性超导电路提供了一个具有独特

过渡频率的两级系统，从而能够构建一

个量子比特。

考虑这样一种情况：基态和激发态

之间的能量差很低，使量子比特环境中

的热能导致量子比特从基态过渡到第一

激发态。这种不受控制的热转换是不可

取的，因为我们需要对量子比特的状态

进行精确的外部控制。

出于各种原因，半导体量子比特被

置于稀释冰箱中。其中最重要的原因是

需要减轻热能引起的失控激励。热能可

按公式1计算：

图1：超导量子计算机。 其中：kB=玻耳兹曼常数；T=温度

图2：(a)电子弛豫到低能轨道时的光子发

射。(b)氢原子的巴尔默系列转变。(c)等

距能级的量子谐振子。(d)非谐波量子振

荡器。

SpecialReport 特别报道

Microwave Journal China 微波杂志 Nov/Dec 2024 www.mwjournalchina.com 37

通过粗略计算，我们可以了解不需

要的热能可能产生的影响。公式1中计算

出的热能会有一个相关频率。可以利用

E=hf的普朗克-爱因斯坦关系式来确定稀

释冰箱中与热能相关的频率（fth）。如

公式2所示：

其中：h=普朗克常数

典型的稀释冰箱可以达到20mK的

温度，对应的频率为fth=0.4GHz。为了尽

量减少量子比特从基态到激发态的热激

发，量子比特的转变能（E01）必须远远

高于热能，即E01>>Eth。“远远高于”意

味着至少高出10倍，从而导致转变频率

f01=10fth=4GHz。

大多数超导电荷量子比特（如晶体

管）都在2-10GHz的微波频率范围内工

作。微波频率特别具有吸引力，因为它

们足够高，可以利用标准低温和电信行

业常用的成熟微波技术和元件。虽然更

高的频率可能会带来某些优势，但也会

在元件成本、设计复杂性和制造能力方

面带来挑战。因此，要有效地设计和运

行超导量子比特硬件，就必须对微波系

统和组件有扎实的了解。

微波工程涉及微波信号的产生、传

输、处理和检测如图3所示。根据不同的

应用，可能会涉及图3中描述的四个功

能中的一个或多个。在某些应用中，例

如微波加热，可能不需要检测。另一方

面，在射电天文学等领域，检测是必不

可少的。然而，在通信链路或超导量子

计算机等应用中，所有四个领域都发挥

着至关重要的作用。

微波链路

微波链路包含四个主要功能：信号

生成、传输、处理和检测。微波链路可

以是两部手机之间的通信链路，也可以

用于在超导量子计算机内传输信息。我

们的目标是在设计微波链路时确保成功

检测信号，无论是手机传输的信息还是

量子比特的状态。本节将研究超导量子

计算机中的微波链路，如图4所示，每

个功能方框显示了微波链路所涉及的组

件。

微波信号用于控制和读出超导量子

比特的状态。如图4所示，微波信号在室

温下产生，通过微波同轴电缆传输到稀

释冰箱。一路上，滤波器和衰减器对信

号进行处理，以减少噪音。信号与量子

比特相互作用后，使用低温放大器进行

处理，然后使用特殊的微波电缆送回室

温环境。信号经过放大、滤波和降频等

最后室温处理步骤，为检测做好准备。

最后，数字转换器将模拟信号转换成计

算机可以处理的数字信号。

信号在微波链路中传播时，会受到

电缆、放大器、滤波器和其他各种无源

和有源元件的影响，从而放大或衰减信

号。为确保接收端成功检测到信号，需

要进行全面的链路预算分析，计算微波

链路内的所有增益和损耗，确保有足够

的功率和足够的信噪比，以便准确探测

量子态。

微波系统

本节探讨微波信号在通过链路时如

何受到噪声、干扰、失真和非线性效应

的影响。为确保成功检测信号，理解和

分析这些效应对微波信号的影响至关重

要。要有效地分析和设计微波系统，就

必须从系统层面了解关键性能因素以及

会降低性能的影响因

素。用于微波系统的

分析工具功能强大，

可将微波系统及其组

件视为一个黑盒子。

这样，设计人员就可

以检查系统的输入和

输出，而无需深厚的

电磁学或微波工程知

识。

如上一节所

述，设计和评估微波

链路的第一步是计算

链路预算。随后，需

要研究失真、干扰和

噪声对微波系统的影

响，因为这些都是影

响系统性能的关键因

素。此外，还需要研

究微波系统的非线性

效应。其中一些效应

包括1dB压缩点、谐

波电平和互调失真，

这对于设计和优化系

统性能和效率至关重要。

微波元件

下一步是了解低温和室温微波元

件。这些元件包括但不限于放大器、混

频器、滤波器、功率合路器、衰减器、

升频器和降频器。这些知识可分为三个

主要方面：

• 噪声工程需要详细了解通向量子比特

的所有耦合路径，以及如何使用滤波

器、衰减器、特殊微波电缆和环行器

等元件阻断这些路径。

• 微波信号处理技术包括滤波、放大、

降频和升频。这些技术在量子比特运

行中起着至关重要的作用。它们涉及

向量子比特传输调制脉冲，然后对读

出信号进行降频，以便进行数字后处

理。

• 微波测量技术使用网络和频谱分析

仪、信号发生器和高频示波器等仪

器。这些仪器用于执行元件级、系统

级和量子比特测量。

单量子比特和双量子比特操作是实

图3：与微波工程有关的技术领域。

图4：超导量子计算机的微波链路。

图5：(a)耦合到共面波导谐振器上的单量子比特。(b)耦合到共

面波导谐振器上的双量子比特。

SpecialReport 特别报道

38 www.mwjournalchina.com Microwave Journal China 微波杂志 Nov/Dec 2024

现量子算法的支柱。图5a描述了单量子

比特超导系统，其中量子比特与共面波

导谐振器耦合。图5b显示了与共面波导

谐振器耦合的双量子比特系统。控制和

读出量子比特需要微波元件和技术。

低温工程

如前所述，半导体量子比特实验通

常在绝对零度附近的稀释冰箱中进行，

温度范围在10mK到50mK之间。极低温

在减少干扰因素（如噪声）方面起着至

关重要的作用，噪声可能导致量子比特

的微妙量子态坍缩。典型的量子处理单

元如图6所示。

稀释冰箱的关键作用在于保护量子

比特不与环境发生耦合。噪声会通过传

导和辐射途径影响量子比特，如图7所

示。有了这种认识，就可以应用滤波和

屏蔽等技术来阻断这些途径，保护量子

比特不发生退化相干。为此，需要结合

使用滤波器、环行器、衰减器、屏蔽和

各种类型的电缆（如有损微波电缆），

以最大限度地降低耦合到量子比特的噪

声水平。在进行量子比特实验之前，全

面了解稀释冰箱及其组件以及噪声途径

至关重要。

纳米制造

纳米制造技术是开发半导体量子比

特所用纳米电路的关键，而电子束光刻

图6：稀释冰箱。

图7：与量子比特的噪声耦合路径。

图8：(a)约瑟夫森结。(b)约瑟夫森结的实

现。(c)并行约瑟夫森结形成SQUID。(d)

SQUID的实现。

机是这一过程中的常用工具。熟悉电子

束光刻机等关键工艺和工具，以及溅射

和热蒸发等金属沉积技术，对工程师大

有裨益。在学术环境中，一个人可能会

处理量子比特制造和运行的所有方面，

但在工业环境中，专门的团队会专注于

这一领域。工业领域的量子硬件工程师

可能不需要丰富的纳米制造知识，因为

他们的要求将基于公司内部的特定角

色。为了说明超导量子计算机使用的典

型纳米制造技术，图8a显示了一个约瑟

夫森结，它由两个超导电极组成，中间

隔着极薄的绝缘层。库珀对可以相干隧

穿绝缘层。图中还显示了约瑟夫森结的

等效电路。图8b显示了使用铝电极和铝/氧

化铝/氧化铝层实现约瑟夫森结的情况。

图8c显示了两个平行的约瑟夫森结形成

的超导量子干涉装置（SQUID）。约瑟

夫森能量或总电感可通过外部磁通量进

行控制。最后，图8d显示了约瑟夫森结

SQUID的实现情况，其充电能量为EJ1和

EC1。Cg是控制电荷的栅极电容。约瑟夫

森结和SQUID是超导量子计算机的重要

组成部分，因此掌握这些纳米制造技术

非常重要。

数据采集和量子测量

在制造出量子比特并将其置于稀释

冰箱中，以及解决所有微波工程问题之

后，量子系统就可以投入运行了。量子

处理器的运行涉及量子比特的精确控制

和读出，以成功实现单量子比特和双量

子比特门（gate），这是实现量子算法

的基础。这一阶段的工作要求对量子力

学和量子测量有透彻的了解，并具备仪

器自动化和数据采集方面的专业知识。

这些过程与控制软件相协调，控制

软件与各种仪器和微波子系统相连接，

为量子比特控制和读出产生必要的微波

脉冲。量子工程师需要善于利用各种通

信协议，如串行通信、GPIB、局域网和

USB。确保高效数据采集的常用软件包

括Matlab、Python和Labber。量子硬件工

程师应至少精通其中一种软件工具，以

确保无缝完成数据采集任务。此外，编

码技能也是非常宝贵的，特别是对于那

些希望在这些软件环境中开发定制测量

代码的人来说。

结论

本文讨论了半导体量子硬件开发

中最重要的四项技能。重要的是要认识

到，下一代量子工程师并不需要成为所

有四个领域的专家。个人将专注于特定

领域以获得专业知识，公司可能会选择

在更大的量子市场中专注于不同的细分

市场。

下一代量子工程师将在推动革命性

技术方面发挥关键作用，他们的成功取

决于有效的技能培训。量子硬件工程师

需要熟练掌握微波工程、低温技术、纳

米制造、数据采集和量子测量等不同领

域的技能，才能成功地为量子处理器的

开发做出贡献。要缩小人才差距，就必

须从战略上重视精心设计的课程和实际

应用的实践培训。利用书籍和在线课程

等资源可以大大加快量子工程师的学习

进程。■

参考文献

1. C. Hughes, D. Finke, D. -A. German, C. Merzbacher, P. M.

Vora and H. J. Lewandowski, “Assessing the Needs of the

Quantum Industry,” IEEE Transactions on Education, doi:

10.1109/TE.2022.3153841.

2. A. Salari, “Microwave Techniques in Superconducting

Quantum Computers,” Artech House, 2024.

ProductFeature 产品特写

Microwave Journal China 微波杂志 Nov/Dec 2024 www.mwjournalchina.com 39

安森美公司，www.onsemi.com

利用蓝牙低功耗技术进行定位跟踪

在系统中，发射器生成CTE信号，

由扫描器接收。由此产生的IQ样本被发

送到本地PC或云端运行的应用程序，以

计算扫描器与标签之间的角度。然后将

这些角度转换为笛卡尔坐标，并映射到

二维或三维空间。

这两种应用的示例代码均可从安森

美网站上免费获取，同时还有一个功率估

算工具，可根据电池寿命选择通信协议。

参与该项目的其他安森美合作伙伴

还有CoreHW和Unikie。CoreHW提供多

达16个单端天线端口的天线阵列板。有

一个AoA/AoD开关，用于选择天线以及

连接射频和数字控制信号。

Unikie提供了一款专为实时追踪标

签而设计的BLE电子定位引擎。该引擎

支持在边缘服务器或云端处理数据，既

保证了灵活性也实现了高效益（图3）。

API接口促进了与企业系统的无缝

集成，提供了访问复杂数据建模的能

力。这样就能更深入地了解物料流向、

利用率和行为模式，标志着基于位置的

服务和资产管理取得了显著进步。

结语

要成功实现蓝牙低功耗测向，关

键是解决方案要持久耐用且经济实惠。

凭借业界功耗极低的安全蓝牙低功耗

MCU，安森美技术走在了实现AoA未来

创新的前沿。■

随着蓝牙低功耗（Bluetooth Low

Energy，BLE）技术发展到5.2及更

高版本，其中最重要的进步之一就是定

位跟踪技术，该技术可在室内用于资产

的移动和定位跟踪。

蓝牙测向方法包括无连接模式和

面向连接模式，因其具有的这种多功能

性，该技术可在各种不同的场景中运

用。这种适应性为无线通信和定位服务

带来了新的可能，有望在未来取得令人

振奋的进步。

这项技术的主要市场之一是零售

业，大型商店希望更好地了解顾客在店

内的流动情况，从而最大程度地挖掘销

售潜力。

除了零售业，资产追踪技术在工

业效率提升方面也能产生深远影响。它

可用于监控物料运输车辆，减少时间浪

费，提高工作效率。该技术还可以用于

驱动复杂的数字孪生系统，实现在虚拟

环境中准确复制动作。

资产追踪不仅能提高效率，还能在

确保安全方面发挥重要作用。在仓库和配

送中心，跟踪标签的应用使员工和工业机

器人能够安全共存，通过让机器人追踪员

工的行动，消除了发生碰撞的可能。

基本系统设计原则

为了建立位置检测系统，需要在建

筑物内放置天线阵列。该阵列可以进行高

精度的位置测量。使用的方法可以是“到

达角”（AoA）或“出发角”（AoD）。虽

然两者都使用相同的射频（RF）信号测

量，但信号处理和天线配置却各不相同。

通常情况下，系统由三个主要部分

组成：蓝牙发射器（AoA标签）、接收

器/天线阵列（AoA定位器）以及角度和

位置计算系统。工作时，AoA标签会发

送固定频率扩展（CTE）信号。

图2：安森美的端到端AoA系统由多个模块组成。 图3：用于定位应用的Unikie软件引擎。

图1：位置检测系统示意图。

这种CTE信号以不断扩大的球形模式

向外传播，并被天线接收。由于信号的波

长/频率是已知的，接收器之间的距离也

是已知的，因此可以使用相对简单的三角

法计算信号的角度，从而根据信号到达每

个天线时的相位差确定发射器的位置。

替代方法和更高的精确度

通过使用两对天线进行两次探测，

就能以极高的精度三角定位出AoA标签

的确切位置。

另一种无需角度测量的方法是三

坐标法（trilateration）。这种方法基于

使用蓝牙5.4的信道探测（CS）特性或

超宽带（UWB）技术，测量飞行时间

（ToF）来得出距离。

C S 也被称为高精度距离测量

(HADM)，许多人认为它是基于RSSI的

距离测量的一种非常精确的替代方法。

安森美的AoA解决方案

安森美推出的RSL15是一款通过

蓝牙5.2认证的安全无线微控制器，专

为包括工业、医疗和到达角定位在内

的超低功耗应用进行了优化。该器件

基于一颗运行频率高达48MHz的Arm®

Cortex®-M33处理器构建，并具备加密

安全功能。它提供了业界极低的功耗水

平，发射时的峰值电流仅为4.3mA，在

等待GPIO唤醒的睡眠模式下更是降低

至36nA。RSL15微控制器旨在满足零售

业、临床环境、制造业和配送中心等广

泛跟踪应用的需求。

安森美的AoA解决方案在发射器和

扫描器/定位器中都使用了RSL15。这

可以使用RSL15和安森美的软件开发工

具包(SDK)实现，或者，对于集成度更

高的解决方案，可以使用集成了

RSL15的Murata 2EG射频SIP模块。

ProductFeature 产品特写

40 www.mwjournalchina.com Microwave Journal China 微波杂志 Nov/Dec 2024

indie Semiconductor，www.indiesemi.com

用于汽车雷达系统的240GHz硅收发器

呼吸频率。通过基于雷达的车内传感，

车辆可以监测驾驶员的警觉性，如昏昏

欲睡或心率剧增。它还能监测乘客的存

在，如后座上有熟睡的婴儿，并启动关

键的安全响应和警报，从而降低乘员受

伤或其他道路使用者发生事故的几率。

TRA_240_091还设计用于支持手势控制

等驾驶员便利功能。

作为一款带有片上天线的集成收发

器电路，TRA_240_091无需外部天线。这

大大简化了应用开发，精简了印刷电路板

设计，并最大限度地减小了尺寸和成本。

这一点在一些应用中尤为重要，因为在这

些应用中，外部天线会带来设计上的限

制，这对于汽车制造商和希望汽车内饰美

观的消费者来说是不可接受的。

240GHz雷达的超高精度还可支持快

速涌现的新型车辆动力学和监控应用。

最初的用例预计包括评估和控制卡车和

其他重型车辆基于空气弹簧的悬挂设

置，为机械系统提供成本更低、精度更

高的替代方案。频率为240GHz的雷达系

统还可支持对油箱油位的精细监控以及

实时路面质量和危险评估，从而动态调

整行驶质量。

工业传感应用

虽然汽车应用带来了巨大的商机，

但indie的240GHz解决方案也能轻松应对

工业太赫兹应用，据Mordor Intelligence

估计，到2028年，这将是一个价值18亿

美元的商机。2

TRA_240_091的架构意味

着它也非常适合各种工业传感用例，包

括非导电材料的厚度测量、非破坏性材

料分析、成像、在线检测和液位测量。

240GHz雷达的超高分辨率和带宽优势还

可支持生产线末端的产品质量应用、储

罐液位监测、表面检测和安全扫描仪。

模拟RFE芯片可在振动测量等应用

中用作独立的前端，并可与基于人工智

能的处理程序轻松集成。这种方法有助

于识别意想不到的模式，并在问题发生

之前进行预测。该设备还可灵活扩展到

大规模MIMO阵列，用于成像和扫描应

用，所有这些都使用相同的组件。

结论

用于现有和新兴汽车及工业传感用

例的雷达技术为市场带来了独特的多功能

性和坚固性。通过探测性能、高分辨率

能力以及在低能见度天气条件下的运行能

力，雷达可增强安全性能、提高车辆效

率、降低成本并实现小型化，从而为汽车

制造商提供经济实惠的解决方案。

TRA_240_091可无缝集成到indie的

多模式产品组合中，包括激光雷达、超

声波传感器和摄像头系统。这种多模式

方法可确保配备indie传感器的车辆具有

强大的传感能力，从而提供更全面的环

境视图，并提高整体安全性和性能。■

参考文献

1. \"Automotive Semiconductor Market Tracker – March 2024,\"

S&P Global Mobility, April 1, 2024, Web: autotechinsight.

ihsmarkit.com/shop/product/5003493/automotivesemiconductor-market-tracker-march-2024.

2. \"Terahertz Technology Market Size & Share Analysis

- Growth Trends & Forecasts (2024-2029),\" Mordor

Intelligence, Web: mordorintelligence.com/industry-reports/

terahertz-technologies-market.

标准普尔全球移动通信公司预测，利

用摄像头和雷达进行车内监控的商

机将从2022年的9,300万美元增长到2029

年的9.08亿美元1

。为支持这一增长，雷

达传感器正被部署到汽车应用领域，为

汽车制造商挖掘新的机遇。

在汽车市场，雷达被广泛应用于高

级驾驶辅助系统和自动安全功能的中长

距离传感解决方案中。这些功能包括自

动紧急制动、自适应巡航控制和盲点检

测，利用的频率在76-81GHz之间。随

着雷达解决方案供应商寻求部署太赫兹

频谱，这将释放出更高分辨率和更高精

度的车内传感功能，以补充基于摄像头

的解决方案，从而实现具有挑战性的驾

驶员和乘员监控系统（DMS/OMS）应

用，如生命体征检测（VSD）。

Indie Semiconductor提供全球首款商

用全集成雷达前端（RFE）SoC收发器

TRA_240_091。其工作频率为240GHz，

大大高于传统的汽车雷达系统，为汽车

制造商提供了一个具有高分辨率、更强

检测能力和稳健性能的雷达解决方案。

产品设计

TRA_240_091的可级联RFE结合了

240GHz工作频率和高达45GHz的带宽，

采用低成本QFN封装。该SoC专为244-

246GHz免许可ISM频段及更高频段的应

用而开发，可作为带片上或片外压控振

荡器（VCO）的单通道收发器运行，也

可作为带多个同步器件的阵列运行。最

大传输距离可达数米，具体取决于芯片

顶部的透镜孔径。

如图1所示，硅基解决方案包括一

个VCO、除8分频器、SPDT开关、9倍

频器链、倍频器、混频器、低噪声放大

器、功率放大器、天线/耦合器和集成天

线。从理论上讲，240GHz的工作频率

相当于自由空间中1.25mm的测量精度；

45GHz的带宽可使雷达在空气中的测距

分辨率达到6mm，对于折射率大于1的

材料，测量精度更高。这是因为测距分

辨率与材料的折射率成反比。

不断发展的汽车雷达应用

利用更高的频率（120-140GHz），

雷达技术正在迅速为汽车应用找到新的

用例和机会，包括DMS/OMS应用，如

VSD。VSD提供了一种非侵入式的方法

来连续监测乘员的生理参数，如心率或

图1：TRA_240_091功能框图。

ProductBrief 产品简报

Microwave Journal China 微波杂志 Nov/Dec 2024 www.mwjournalchina.com 41

50欧姆1:1变压器工作频率达3GHz

MiniRF，www.minirf.com；www.rfmw.com/manufacturer/minirf

MiniRF面向射频无线市场推出了

MRFXF0589微型高性能传输线变

压器。MRFXF0589是一款宽带50欧姆

1:1变压器，频率范围为5MHz-3GHz。

其独特的电气特性提供了更好的回波损

耗、更低的插入损耗。而且封装比我们

广受欢迎的RFXF9503更小，其占地面积

比RFXF9503小20%。3GHz插入损耗降

低0.5dB。此外，MRFXF0589的回波损

耗在整个频段至少提高了15dB，振幅和

相位平衡也得到了改善。这款变压器主

要针对合成器、混频器、输出放大器和

其他平衡射频电路应用。这款下一代50

欧姆巴伦具有高性能，而无需复杂的电

路。

MiniRF产品经过100%射频测试。

这一点加上MiniRF受控的制造技术和

优质材料，使人们对公司提供大批量、

低成本产品的能

力充满信心。铁

氧体磁芯能在较

宽的工作温度范

围内提供足够的低频电感和较低的插入

损耗，这是该产品设计的关键因素。这

种设计结合了其他元件和严格的装配技

术，以确保适当的阻抗和一致的高频性

能。■

用于微波电路的高K材料

Tecdia，www.tecdia.com

薄膜基板、金刚石、陶瓷和精密加工

产品供应商Tecdia最近发布了另一

种用于线键合单层电容器的介电材料。

事实证明，这种类型的电容器对于高性

能微波电路至关重要。K4200材料的温

度系数为X7R，相对介电系数（K）为

4200，工作温度范围为-55℃-125℃。

K4200已被列入公司的专有材料清单。

更新后的清单包括K值为10、40、90、

130、280、1600、2800、4200、16000、

30000和50000的材料。大多数电介质都

可以根据需要研磨成特定厚度和单层，

以产生符合客户要求的理想电容形状。

这种灵活性还使Tecdia能够提供无须改造

的替代元件，为第二来源零件解决方案

提供安全稳定的供应链。新的可接线电

容器产品系列的电容值从小于0.1pF到高

达10nF不等。这些电容器的基底面尺寸

从0.2mm*0.2mm到2mm*2mm不等。这些

电容器的厚度范围为0.1-0.3mm。此外，

Tecdia还在继续开发更多新型材料，这

些材料的特性可满足创新射频设计的需

求，并为客户提供最佳解决方案。■

了解如何使用无芯片射频识别（RFID）标签、读卡器硬件和使用

图像处理和机器学习（ML）技术的检测算法来创建混合毫米波无

芯片射频识别（RFID）系统。

提供将人工智能（AI）概念应用于普通塑料基板上的检测和无芯

片标签签名可印刷物而不是频率标签中的传统峰值/零值所需的背

景知识。

专注于结合深度学习的侧视机载雷达（SLAR），与当前的逆合成

孔径雷达（iSAR）技术相比，它提供了一种更安全的无芯片检测

方法。

包括设计的实际例子，以及用简单的短语回答可能的疑问的问答

部分。

使用先进人工智能的无

芯片RFID系统

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42 www.mwjournalchina.com Microwave Journal China 微波杂志 Nov/Dec 2024

波导放大器

Mini-Circuits的WVA-40603GX+是

一款中等功率WR19波导

放大器，在1dB压缩时输

出功率为+23dBm，在40-

60GHz范围内的饱和输出

功率为+24dBm。它在整个频率范围内具

有34dB的典型增益和±1.5dB的增益平

坦度，可在10-15VDC的单电源下工作。

该放大器非常适合卫星通信和毫米波测

试应用，具有过压和反向电压保护功

能，典型输入和输出回波损耗为13dB。

www.minicircuits.com

54GHz放大器

Mini-Circuits的ZVA-20543TC+是一

款温度补偿型同轴放大器，在20-54GHz

内具有48dB的典型增益。

它能在20-60℃的基板温度

范围内保持平坦增益。该

放大器在1dB压缩时的典

型输出功率为：20-35GHz

时+31dBm，35-54GHz时

+28dBm，饱和输出功率为+30dBm或更

高。它包含1.85mm母头同轴连接器，采

用10-15VDC单电源供电。

www.minicircuits.com

0.6-6GHz 50W表贴式90°电桥

迈可博的0.6-6GHz大功率表贴式90°

电桥Q1M060600在实现小型化封装和高

性价比的同时拥有优异的驻波比(1.4:1

Max.)、插入损耗(1.2dB Max.)、隔离度

(16dB Min.)以及幅度/相位

平衡(±0.8dB/±5° Max.)，

连续波功率处理能力达

50W，具有良好的稳定性和散热能力，可

广泛应用于功率放大器、功率合成网络、

天线馈电网络、调制器、移相器等。

www.micable.cn

5GHz~14GHz低噪声放大器

博瑞集信的BR9376FDJ是一款基

于GaAs pHEMT的高性能MMIC低噪声

放大器。工作频率为5-14GHz，具有良

好的增益平坦度且内部集成温度补偿

网络，增益典型

值 21dB ， 1dB 压

缩点典型输出值

16.5dBm，噪声系

数典型值1.4dB，静态电流66mA@5V，

并兼容低功耗模式。该产品具有P1dB输

出高、功耗低、可靠性高等特点，可广

泛应用于雷达接收及发射系统。

www.bonray.com.cn

大功率水负载

上海华湘的大功率WWTF水负载

系列包括一个需外接水冷的50Ω负载

及安装支架，适用于DC-200MHz及DC800MHz范

围，能吸收

15-50kW射

频能量。射频功率通过负载吸收转化为

热能，由客户提供的外接水冷系统带走

热量，确保负载稳定在热平衡状态下无

温漂地长时间运行。该负载采用同轴线

设计，满足高精度射频老化测试要求。

www.shx-sh.com

40GHz母弯头毫米波电缆组件

迈可博的C25F SSMP 40GHz母弯头

毫米波电缆组件采用线径极

细、幅相稳

定性极佳的

低损耗047柔性电缆及小尺寸SSMP母弯

头加工而成，极适合密排，产品具有频

率高、损耗低、驻波低、幅相稳定性好

的特点，尤其是温度稳相<200PPM@-

15~+35℃，<400PPM@40~+70℃，极适

合对幅相一致性、稳定性要求高的小型

化集成化应用。

www.micable.cn

国际电子电路（深圳）展览会(HKPCA Show)作为全球最具规

模和影响力之一的线路板及电子组装行业盛会，至今已经成功举

办了21届，每年于12月举办。

今年HKPCA Show将于2024年12月4-6日在深圳国际会展中心

（宝安）5、6、7及8号馆盛大举办。本届展会以\"AI成就未来\"为

主题，汇聚600家全球知名品牌和新晋企业，聚焦AI、高端PCB、

高性能原物料、智慧自动化等热点，全面展示PCB及PCBA产业链

创新工艺及技术，汇聚全球精英及资源，驱动行业持续发展。

超过600家行业翘楚和新晋品牌

本届展会四馆齐开，展览规模达到80,000平方米，汇聚海内

外超600家来自全球各地的领先品牌参展，展位数量超3,500个。

展商阵容强劲，包括TTM、中富集团-聚辰电路、至卓飞

高、深圳普林电路、连盟电子、金富宝、源卓微纳、连群、特

新、保德、志圣、影速、天准、东威、方泰、环球、贝加、宇

宙、牧德、芯碁微装、捷骏、网屏精密、科天国际、立轩、迅

得、WKK、正天伟、哈福、新武、亚洲电镀、建滔、光华科技、

XACT、亚亚科技、广信、承安、卡尔蔡司、欧波同、祺鑫环

保、阿米巴、坤鹏伯爵等，一站式展示覆盖PCB及PCBA整个产业

链上下游的领先产品及技术，并聚焦AI、5G、汽车、电子、通信

等终端应用行业的最新趋势，展示最新的突破性技术。

七大展区覆盖全产业链

本届展会设有七大主题展区，包括线路板制造商、设备供应

商、原物料供应商、电子组装专区、环保洁净专区、智能制造与

自动化专区及日韩专区，呈现从线路板、原物料、设备、组装到

环保、智能化升级、数字化等各个关键环节的最新产品和技术。

为迎合AI浪潮，众多展商带来应用于线路板制造及电子组装

的多个环节中的AI创新技术，从设计、原材料选择与制备、生产

流程、测试与验证到供应链管理等方面都带来了显著的改进和优

化，推动线路板制造更加智能、高效和可靠。

影响力辐射全球

HKPCA Show以深圳为枢纽，不仅深植华南地区，更广泛辐射

至全国，吸引来自广东、江苏、江西、重庆、上海、湖南、湖北、

安徽、北京等30个省市的优质买家。展会在海外的影响力同样突

出，每年吸引来自韩国、日本、印度、泰国、越南、马来西亚、美

国、德国等海外买家，打造国际化、专业化的商贸对接平台。

两大会议&同期活动汇聚行业大咖

HKPCA Show始终坚持“汇聚行业精英，洞悉市场前沿动

态”的理念。备受好评的同期活动——6号馆【国际技术会议】

与5号馆新增设的【智造PCB：AI趋势与创新技术会议】，聚集业

界大咖和行业专家，聚焦 AI、ESG、高速信号、新能源、通讯、

IC载板等热门议题，分享最新的研究成果与领先理念。从PCB设

计、质量及可靠性、PCB关键工艺、智能制造和数字化转型等方

向逐个分析，全方位绘出行业发展前景。

展会期间还将举办高尔夫球公开赛、欢迎晚宴，组织专业

买家参观团、贵宾参观团等活动，形式丰富多元，为业界人士提

供更加全面、深入的交流机会，在轻松愉悦的氛围中拓展人脉网

络、获取宝贵商贸资源。

展会官网：www.HKPCAshow.org

国际电子电路（深圳）展览会（HKPCA Show）12月4-6日举办

NewProducts 新品橱窗

Microwave Journal China 微波杂志 Nov/Dec 2024 www.mwjournalchina.com 43

2GHz～20GHz分布式增益放大器

博瑞集信的BR9643LDZ是一款基于

GaAs pHEMT的分布式增

益放大器，工作频率为

2-20GHz，内部已匹配到

50Ω，内置温度补偿网络

和射频隔直电容，增益15dB，1dB压缩点

输出17dBm，噪声系数2.1dB，静态电流

48mA@5V。该产品具有P1dB输出高、功

耗低、可靠性高等特点，可广泛应用于

电子对抗、雷达接收及发射系统。

www.bonray.com.cn

有CMA和CNAS认证的毫米波暗室

盛纬伦 拥有省级检验检测机构

（ CMA ）及国家认

可委员会实验室认可

（CNAS）资质，其实验

室总占地214平米，含紧

缩场暗室（尺寸7m*8m）和近远场复合

暗室（尺寸8.8m*18m）。天线测试频段

涵盖1-140GHz。测试内容：近场校准、

近远场转换、有效辐射功率（EIRP）、

G/T值、方向图、波束指向精度，天线

增益、波束宽度、副瓣电平、前后比、

轴比、驻波比、隔离度等。

www.senwellen.com/show-3-108.html

微波开关设计工具

Pickering Interfaces的微波开关设

计工具（免费的在线设计工具）是只需

几次点击即可配置适合特定应用的PXI

和LXI的射频微波开关子系统，已经更

新升级到包括原理图设计和仿真两大

功能。这款基于Web的最新版本加快了

从设计到生产的流程（从框图到机械

布局），用户能够按照特定需求自定

义设计微波开关子系统，并通过图形

化方式展示电气性能，最大限度地降

低设计风险。

https://hubs.ly/Q02-TwLQ0

MATLAB和Simulink 2024b版

MathWorks发布了MATLAB和

Simulink系列版本2024b（R2024b）。

R2024b推出了几项重要更新，帮助从

事无线通信系统、控制系统和数字信号

处理应用的工程师和研究人员简化工作

流。除了MathWorks平台产品的改进之

外，R2024b还包括对常见MATLAB和

Simulink工具的重要更新。R2024b中的

增强功能旨在帮助扩展、自动化和简化

工作流的关键方面，使工程师能够优化

系统性能和可靠性。

www.mathworks.com

同轴机械校准件

安崇电子的2.92mm（DC-40GHz）

和2.4mm（DC-50GHz）同轴机械校准件

具有理想的连接

界面，优异的电

性能指标，校准

精度高。可提供

校准数据，适用各公司网络分析仪，性

价比高，是微波毫米波网分校准的理想

选择。

www.arance-rf.com

高达2GHz带宽的紧凑型示波器

罗德与施瓦茨的新型MXO 5C示波

器具有四通道和八通道型号。新系列以

新一代MXO5示波器为基础，专门针对

用户经常

面临空间

限制的机

架安装和自动化测试系统。该仪器的垂

直高度为2U，工程师可将其部署在传统

示波器无法被容纳的测试系统中。用户

可以通过集成的网口操作仪器，也可以

完全通过编程操作仪器，将仪器用作高

速数字转换器。

www.rohde-schwarz.com

44 www.mwjournalchina.com Microwave Journal China 微波杂志 Nov/Dec 2024

Shanghai (上海)

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Linda Li (李承珍) lindal@actintl.com.hk Tel: 86 136 7154 0807

Shenzhen (深圳)

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Phoebe Yin (尹菲菲) phoebey@actintl.com.hk Tel: 86 134 7707 0600

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Floyd Chun (秦泽峰) floydc@actintl.com.hk Tel: 86 137 2429 8335

Taiwan, Singapore (台湾省、新加坡)

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Chen Junhua 陈俊华，岸达科技天馈及应用技术总监

Felix Xing 邢晓航，能讯半导体市场总监

Feng Keming 冯克明，航天科工二院科技委总师

Gao Jianfeng 高剑锋，凯川电子总经理

Gordon Liang 梁国春，贝孚德董事长/总裁

Jin Zhi 金智，中国科学院微电子研究所研究员

Justin Wang 王占仓，新拓尼克研发经理

Liu Guangyi 刘光毅，中国移动研究院首席专家

Liu Wei 刘伟，迈可博董事长/CEO

Xue Quan 薛泉，华南理工大学教授/IEEE Fellow

You Jia 尤嘉，鼎阳科技现场应用支持经理

Artech 41

Bonray / 博瑞集信 19

Digi-Key Electronics 5

EuMW 2025 / 欧洲微波周 COV3, COV4

EDICON China 2025 43

HUAXIANG / 华湘 2

HKPCA Show 2024 33

Mini-Circuits 9, 21, 25, 29

Prosund / 普尚电子 11

Qorvo 3

Shanghai Archiwave Microelectronics / 上海安其威微电子 13

Siglent / 鼎阳科技 1

Spectrum COV2

Transcom / 创远信科 17

Wenzhou Huayao / 温州华耀 7

伟博电讯 15, 23, 27, 31

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欧洲首屈一指的微波、射

频、无线和雷达行业活动

欧洲微波展

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年 9月 日

• 10,000平米展览

• 5,000与会者

• 1,700 - 2,000会议代表

• 300多家国际参展商

(包括亚洲和美国以及欧洲)

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美国

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德国、奥地利和瑞士

电话： 官网：

6天会期 3个大会 一个展览

欧洲首屈一指的微波、射

频、无线和雷达行业活动

预留日程

欧洲微波周2025

荷兰

年 9月 日

第28届欧洲微波周包含3个会议：

• 欧洲微波大会 (EuMC)

外加：

• 研习会、短期课程和专题/特别会议

还有：欧洲微波展

• 2025年9月23-25日

• 国防、安全和太空论坛；6G论坛； 汽车论坛

• 学生活动

• 欧洲微波集成电路大会 (EuMIC)

• 欧洲雷达大会 (EuRAD)

电话： 官网：

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21-26