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无线通信 Wireless Communications

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2025年4月23-24日 北京国家会议中心

探讨和展示议题

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目录Contents

25年1/2月 Jan/Feb 25www.mwjournalchina.com

封面文章Cover Feature

04 CMOS内置MEMS技术实现了用于射频前端的射频MEMSMEMS-Inside-CMOS Technology Makes RF MEMS a Reality for RFFront-Ends

技术特写Technical Feature

12 射频硅基氮化镓技术为未来无线技术提供动力RF GaN-on-Si Technology Powers the Future of Wireless

18 利用免费软件和低成本仪器设计内置天线放大器的物联网设备Designing IoT Devices Embedding Antenna Boosters Using Freeware andLow-Cost Equipment

24 无线电力传输：波形效率、互操作性和技术展望 Wireless Power Transfer: Waveform Efficiency, Interoperability and Technology Outlook

27 氮化镓推挽放大器的优势和应用Advantages and Applications of GaN Push-Pull Amplifiers欢迎投稿：winsonx@actintl.com.hk15611832959（电话/微信）

应用笔记Application Note

31 允许多用户同时使用一台矢量网络分析仪Enabling Simultaneous Multi-User Access to a SingleVector Network Analyzer

产品特写Product Feature

34 10GSPS的AWG和数字化卡 AWGs and Digitizers Offer 10 GSPS

36 重塑堆叠贴片天线 Reimagining a Stacked Patch

产品简报 Product Brief

37 三面体角反射器增强了测试功能Trihedral Corner Reflectors Enhance Testing
37 工作频率达40GHz的矢量信号发生器Vector Signal Generators Operate to 40\:GHz

38 新品橱窗 New Products

40 广告索引 Advertising Index

俊科SHX 上海华湘计算机通讯工程有限公司

ΛΛΛΛΛΛ

放大器性能不够或交付不及时阻碍过您的项目吗？

CMOS内置MEMS技术实现了用于射频前端的射频MEMS

Marc Llamas, Nanusens, Devon, UK

术，但在过去20年中，该器件在射频前端（RFFE）市场的渗透率几乎为零。这主要是因为直接或间接的机械挑战。这些挑战给半导体行业带来了可靠性和封装问题。射频MEMS封装有多种解决方案，但消费类射频市场对成本很敏感。与标准封装技术相比，这些解决方案价格昂贵。使用非标准解决方案会导致成本上升，阻碍消费市场所需的批量生产能力。

通过在标准互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺的后端实施射频MEMS技术，Nanusens致力于克服阻碍消费RFFE采用射频MEMS技术的挑战。本文介绍了Nanusens的MEMS-inside-CMOS（CMOS内置MEMS）技术，并随后介绍了用作数字可调电容器(DTC)构建模块的射频MEMS电容开关。将介绍电气性能和可靠性数据，以展示完整的DTC原型及其性能。通过孔径天线仿真，将MEMS-inside-CMOS DTC与目前用于部分智能手机RFFE的绝缘体上硅（SOI）解决方案进行了比较。

CMOS内置MEMS技术

Nanusens的射频MEMS电容开关是在CMOS工艺的后端(BEOL)上实现的。该开关使用路由金属层作为机械部分的结构元件，金属间介质层作为牺牲材料。MEMS-inside-CMOS技术只需在标准CMOS制造工艺的基础上增加一个无掩模步骤。这一步，即金属间电介质蚀刻，允许机械结构移动。顶部金属作为MEMS腔的盖子，释放孔分布在整个MEMS区域。这样，就可以通过晶圆级芯片封装的标准再钝化技术对器件进行密封。这种方法确保了低成本和标准CMOS器件的批量生产能力。这些步骤如图1所示。

虽然CMOS代工厂可以提供BEOL层的电气参数，但对于ASIC电路设计中不适用的机械性能，情况却并非如此。Nanusens开发并实施了多种测试结构，以获得必要的机械参数，如梯度应力、残余应力和杨氏模量，从而正确设计这些器件。图2a至2d显示了这些结果的示例。

然而，CMOS工艺并不打算用作MEMS工艺，因此开发了不同的设计策略和技术来克服这些限制。射频MEMS电容开关已在两个不同的CMOS代工厂（台积电和中芯国际）中实现，并具有相似的性能。这表明该技术与主流CMOS代工厂兼容。

电容开关简介和致动原理

采用MEMS-inside-CMOS技术实现的电容开关是一种变容二极管，可在接通和断开状态之间切换。它可以形象地理解为一个二进制电容器，ON状态对应大电容值，OFF状态对应小电容值。在图3的ANSYS-HFSS模型中，该器件采用了相互咬合的结构。图3a显示了电容开关模型的三维视图，其中定子指（stator finger）为橙色，转子指（rotor finger）为绿色。图3b显示了导通状态下减小的定子/转子间隙，图3c显示了关断状态下的间隙。

该装置封装在一个微机电系统（MEMS）腔体内。它由图3中未显示的两部分组成：包含致动电极的致动部分和包含电极的射频部分，电极在两种状态之间显示电容变化。直流电路与射频元件隔离，确保射频信号不会耦合到直流电路上。致动部分通过在可移动电极和固定电极之间施加控制电压产生静电力，从而"拉入"射频电极，产生导通状态，以及"拉开"以实现

图1：钝化开孔后CMOS晶圆的BEOL(a)。后处理蚀刻后(b)。密封后(c)。

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CoverFeature 封面文章

关断状态。拉开电极可确保在器件处于关断状态时，不会因射频电压过大而产生自致动电流。

Stress (MPa)

图2：(a)提取残余应力的COMSOL CMOSBEOL模型。(b)旋转位移与残余应力之间的相关性。(c)残余应力测试结构的扫描电镜图像。(d)残余应力测试结构的共焦图像。

电容开关的可靠性

射频微机电系统电容开关的主要失效机制是电介质中的电荷捕获导致的电介质充电。电荷积聚往往会产生静电力，在去掉控制电压后，静电力会使器件处于接通或断开状态。Nanusens的射频MEMS电容开关没有电介质，确保充电不会导致故障。利用CMOS工艺可实现的小间隙，最大限度地减少了可移动部件的位移，以防止因材料的机械疲劳而导致故障。通过应用占空比为50% 的1kHz方波和适当的控制电压振幅，进行了开/关状态循环测试。Nanusens的射频MEMS电容开关已经历了30多亿次循环测试，其机械

这些开关经受了- -20 °C-150 °C 的温度测试，在运行期间没有出现明显的性能下降。它们还经受了高达6kg的冲击测试和每个方向30分钟的 50Hz 振动测试，性能也没有下降。它们还通过了预处理测试，包括在 150 °C 下烘烤24小时，在70 °C 和 70% 相对湿度下放置7天，以及在260 °C 高温下回流（reflow）6次，每次15分钟。

或电气性能没有发生重大变化，这证明了它们在天线应用中的适用性。图4显示了11V偏置电压下的C-V曲线。

目前，影响成品率的主要因素是蚀刻后处理步骤，该步骤要求释放器件，使其能够移动。设备制造工厂的标准半导体设备可以完成蚀刻步骤。良品率一直保持在 85%{-}95% 之间，相信在生产中将超过 95% 。

图3：电容开关模型的三维视图(a)。导通状态间隙(b)。关断状态间隙(c)。

电容开关的性能

虽然无介质电容开关可防止介质充电失效，但由于没有介质，因此更难实现大电容比。不过，2-4的电容比足以满足0.5-6GHz所有频段的孔径天线应用。这些电容开关的电容比可达3.5，下一代器件的目标电容比可达5。

与固态技术相比，微机电系统技术的主要优势之一是品质因数（Q）。目前，一些DTC采用SOI开关和片外电容器。SOI开关的导通状态电阻(Ron)主要由晶体管的沟道电阻决定。随着晶体管沟道长度的减小，Ron也会减小。这在提高Q因子的同时，也降低了击穿电压。这意味着需要堆叠更多的SOI晶体管，以维持DTC上的大峰值电压，尤其是在孔径天线应用中。晶体管堆栈的串联电阻主导着基于SOI解决方案的等效串联电阻(ESR)。基于SOI的解决方案需要在Q值、功率处理和面积之间进行权衡。如图5所示，Nanusens开关在1GHz时的Q值为190，在2GHz时为97。尽管这是在电阻率为 10 \Omega .cm的标准CMOS硅衬底上实现的。这是因为MEMS封装在接地的法拉第笼中，可以防止电磁（EM）场耦合到有损耗的基板中。目前，MEMS开关在关断状态下可图4：开关的C-V曲线。

D C 至 8 6 G H z

滤波器技术应用广泛

腔体

陶瓷谐振器

集总L - C

• 通带范围至43.5 GHz• 阻带范围至 57 GHz• 带宽窄至 1% • {}^{700+} 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

LT C 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

微带线

M M I C 非反射型

• 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
• 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

悬置基片

氧化铝薄膜组件

• 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

• 通带范围从 DC 至 40 GHz• 宽通带内实现高抑制• 微型SMT封装

图5：开关的Q值。

承受的最大峰值电压为65V，在接通状态下为 50V 。下一代电容开关的目标是峰值电压达到 80V ，其方法是在不降低Q值或增加一定电容面积的情况下，提高电极的坚固性。

Nanusens电容开关具有很高的线性度。使用875MHz和915MHz测量互调失真，得出的IIP3值为85dBm，与未连接设置的IIP3相等。这表明设备的IIP3大于85dBm。二阶谐波失真也优于设置，设置的二阶谐波失真为-118dBc。这种线性度得益于射频MEMS器件的机械特性以及不含电介质和半导体材料。射频MEMS开关的机械谐振频率就像一个低通滤波器，远远低于RFFE射频频率。在某些数字调制方案中，低频互调失真（IMD）可能会落入MEMS的机械带宽内。1这是因为开关始终处于一个明确的位置，并由巨大的静电力固定到位。这使得设备无法在其机械带宽内响应这些信号。

图6：(a)四比特CMOS DTC原型。(b)用于实现DTC的电容开关。

Nanusens射频MEMS电容开关已经证明可以在高达35dBm的情况下正常工作，而不会出现性能下降。目前正在对内部功率处理装置进行改进，以便将开关的性能提高到40dBm。

开关时间取决于开关的刚度和致动电压。根据不同的应用，Nanusens电容开关的致动电压可定制为 5-100 V 。目前，致动电压为24V的开关的开关时间小于 10\upmus ，足以满足天线调谐的需要。

射频微机电系统DTC

射频MEMS电容开关可以排列成阵列，以构建DTC。图6a显示了第一个原型，它由八个电容开关阵列组成一个四比特DTC。图6b详细描述了用于实现比特的电容开关及其在DTC布局中的位置。比特1由一个带有射频电极的单电容开关组成。比特2也是单电容开关，但包含两个射频电极，电容增加了一倍。比特3由两个与比特2相同类型的电容开关组成，而比特4则由四个电容开关组成。D T C M E M S 面积的尺寸为

360\upmumx400\upmum ，最大电容为 1.97pF 。图6a所示的四比特DTC中央部分的焊盘用于射频输入信号，两侧的接地焊盘用于DTC的分流连接。这样就形成了 500\;\upmu~m~ 间距的接地-信号-接地配置。该原型还不包括控制电子元件，因此必须通过芯片周边的焊盘施加电容开关控制电压，以将不同比特切换到各自的导通和关断状态。

DTC性能

通过测量S参数，对20GHz的原型进行了表征。从 ~S~_{11} 测量结果中提取了电容比和Q值。该器件的电容比接近2.2，从所有开关断开时的0.9pF到所有开关接通时的1.97pF。导通状态下的自谐振频率接近13GHz，表明该开关可用于6GHz以下频段。在最大电容状态下，提取的Q值为50，频率为2GHz。这些结果如图7所示。DTC原型的Q值小于单电容开关的Q值。这是由于路由寄生电阻造成的，需要进行优化。利用ANSYS-HFSS进行的有限元仿真表明，可以优化路由电阻，使Q值接近100。

使用与电容开关相同的设置，还测量了最小（状态0）和最大（状态15）电容状态下的DTC IMD。DTC显示这两种状态下的IIP3均优于85dBm，与表征设置中的非连接IIP3相当。此外，在40V偏置下测量到的980MHz基音二次谐波失真在两种状态下均优于-118dBc。测得的谐波失真与未连接的设置值一致。

图7：1111和0000状态下的测量和仿真的电容与Q值。

0.6\~6GHz

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天线效率图显示了两种解决方案和无DTC的结果。与SOI解决方案相比，使用MEMS DTC的LMB上下频率范围的天线效率分别提高了 17% 和 30% 。低频带的结果（图中未显示）显示，天线效率在频带的上部和下部分别提高了 10% 。在1710-2200MHz范围内的中高频段（HMB）重复了这一工作。在这种情况下，MEMS DTC带来的天线效率提高幅度为：波段下部 15% ，波段上部 25% 。天线效率的提高主要是由于射频MEMSDTC与基于SOI的解决方案相比具有更高的Q值。进一步提高射频MEMS解决方案的天线效率还可以提高线性度，从而改善ACPR，尤其是在孔径天线应用中使用DTC上可能存在的高电压时。

图8：(a) LB性能。(b) LMB性能。(c) LMB低频范围的天线效率。(d) LMB高频范围的天线效率。

Nanusens最近证明，其金属-空气-金属(MAM)射频MEMS电容开关实现了高达40GHz时的极高Q因数，电容比为2.5。图9显示了这一性能。值得注意的是，开关电容结果是在没有去嵌入焊盘电容的情况下得出的，焊盘电容估计为60fF，而且在频率低于5GHz时，电阻接近于零。

DTC原型的测量温度范围为- -20 °C -100 °C 。它在导通状态下的电容变化率为 0.4% ，在关断状态下的电容变化率为0.1% 。器件蚀刻后处理后，DTC的良品率超过 85% 。

孔径天线仿真

目前，用于孔径天线调谐的DTC采用SOI xPxT/SPxT开关，需要两到四个片外元件。这些片外元件增加了材料数量、成本和电路板占用面积。片外元件还会增加寄生效应，导致不必要的谐振，增加设计复杂性。这些解决方案受到可用片外元件值的限制，小值的公差可能相当大，从而限制了DTC分辨率。MEMS-inside-CMOS DTC是一种单芯片解决方案，与目前的解决方案相比，可减少多达 30% 的电路板占用空间。它们还最大限度地减少了PCB寄生电流，降低了设计复杂性，并使分辨率达到几个飞法拉。

为了展示射频MEMS-inside-CMOSDTC性能相对于当前基于SOI的解决方案的优势，我们使用ANSYS-HFSS对基于智能手机平面逆F天线(PIFA)的可调双频孔径天线进行了建模。天线上安装了两个不同的DTC，分别用于690-960MHz的低频段(LB)和1420-1520MHz的中低频

结论

尽管射频MEMS技术性能优越，但与固态技术相比，其在RFFE市场的应用一直非常缓慢。经过多年的发展，Nanusens已经解决了许多阻碍该技术应用的难题。Nanusens的射频MEMS-inside-CMOS技术允许批量生产，并将生产成本保持在远低于其他MEMS解决方案的水平。这些解决方案的成本低于SOI开关，同时还能提高性能。

Nanusens DTC可轻松应用于智能手机RFFE上的天线调谐器、孔径天线和可重构匹配网络，从而实现更好、更快的语音和数据传输。该技术的优势还有助于减少掉线，并通过提高天线效率来延长电池寿命。DTC将采用9针WLSCP封装，剖面尺寸为 350\ensuremath{ \upmum} ，预计尺寸为1.5x1.5mm 。

段(LMB)。仿真使用了从MEMS DTC和SOI 4P4T开关的模型和测量结果中提取的RLC值。片外电容器的S参数来自供应商网站，基于SOI的解决方案未考虑电路板迹线寄生。

图9：接通和断开状态下的电容开关的电容和Q值。

Nanusens射频MEMS-inside-CMOSDTC可在芯片级集成控制电子元件和ESD保护功能。与片上系统和多元件解决方案相比，这样可以节省面积和成本。DTC将完全符合2G/3G/4G/5G功率处理和线性度要求，并提供用于配置和控制的MIPI RFFE接口。它是未来6G解决方案的可行选择，尤其是在微波频段。■

如图8a所示，电容比为4的DTC可覆盖LB。如图8b所示，2的电容比足以覆盖LMB。图8c显示了LMB频率范围较低时的天线效率，图8d显示了LMB频率范围较高时的天线效率。

参考文献

1. A. Lázaro, D. Girbau and L. Pradell, “Distortion Produced by RF MEMS Varactors on Digital Communication Signals,” Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 48, No. 2, Feb. 2006.

最高至 1 1 0 G H z

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射频硅基氮化镓技术为未来无线技术提供动力

Johannes Schulze and Peter Singerl, Infineon, Neubiberg, Germany移动计，数到据2流029量年持，续移增动长数。据爱流立量信（不预包括固定无线接入）将增长3倍。1

虽然移动流量预计将成倍增长，但移动网络运营商的收入预计将持平。这是因为所谓的5G"杀手级应用"尚未出现。这意味着客户将继续支付与4G相同的5G合约费用。

这就要求网络运营商和设备制造商在总成本不变的情况下管理更高的数据能力，要求大幅降低每比特成本。这可以通过多种优化来实现。将频段合并到一个无线电设备中，并采用更宽的频段，可减少所需无线电设备的数量。减小无线电设备的尺寸和重量将降低发射塔租赁成本，而减少每个无线电设备的能耗将降低运营商的能源账单。需要使用更高的频段，尤其是在高密度的城市地区。为了以经济高效的方式实现这一目标，无线电基站的网格不应改变。这就导致工作频率为6-10GHz的无线电设备所覆盖的区域与工作频率为该频率一半的设备所覆盖的区域相同。最后，无线电元件的成本也面临降低初始资本支出的压力。

将这些要求落实到5G无线电设备，射频功率放大器需要支持更高的频率、更宽的瞬时带宽和更高的效率。这些无线电设备还必须能够通过数字预失真（DPD）在低于-50dBc的水平上实现线性化。能够以商业上可行的价格实现这些目标的半导体技术是射频碳化硅基氮化镓（GaN-on-SiC）和射频硅基氮化镓（GaN-on-Si）。

图1：硅基氮化镓测试单元（cell）。

图2：(a) 3.6GHz 主放大器在3dB增益压缩时的负载牵引等值线。(b) 5.76毫米主功率放大器的功率扫描。

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图3：主装置的"鼻形图"负载牵引测量结果。

射频GaN-on-SiC

自2010年代末首款5G无线电产品上市以来，碳化硅基氮化镓已逐渐成为射频功率放大器(PA)的首选半导体技术，其市场份额已增至目前电信市场的51%。3碳化硅基氮化镓最初用于军事和太空应用，其性能是关键驱动因素，它提供了从S波段到Ka波段的雷达和通信所需的增益、功率密度和高传输频率。电信的广泛应用增加了需求和产量。许多晶圆厂从3英寸晶圆升级到4英寸晶圆生产，在某些情况下还升级到6英寸，从而将碳化硅基氮化镓晶圆最初较高的成本降低到商业应用更容易接受的水平。

新的晶体管概念（如分级氮化镓铝沟道）最近被证明可提高功率增加效率（PAE）和毫米波频率下碳化硅基氮化镓晶体管的线性度。4一项研究5利用下沉式场板实现了更高的电压能力和增益，同时提高了PAE。一篇论文6介绍了 0.25\ensuremath{ \upmum} 射频碳化硅基氮化镓技术，在3.5GHz时达到22dB的最大稳定增益和23GHz的fT。该论文的作者介绍了一种增益大于16dB的Doherty演示器，其在3.4-3.8GHz之间的W-CDMA信号的效率可达 49%{-}55% 。

虽然射频碳化硅基氮化镓技术的性能将继续提高，但目前还不清楚产品价格将如何大幅降低。要为全集成MMIC功率放大器铺平道路，使6GHz及更高频率的大规模多输入多输出（mMIMO）无线电设备实现最佳性能和商业可行性，就必须降低产品价格。在7GHz无线电设备中，要聚焦无线电波束并创建与3.5GHz无线电相同的覆盖范围，可能需要500多个天线阵元和128个Tx通道。这意味着功率放大器的平均价格需要降低。

射频GaN-on-Si性能

2021年11月，英飞凌推出了第一代28V射频硅基氮化镓。8该技术用于5GmMIMO基站收发器（BTS）的射频功率放大器，可在现场可靠运行。英飞凌在三年后推出了第二代产品。这种新工艺是一种完全支持MMIC的28V、 0.25\upmum 射频硅基氮化镓技术，在英飞凌硅工厂的8英寸晶圆上制造。

射频硅基氮化镓使用的硅衬底成本较低。使用8英寸晶圆可进一步降低单位面积成本。较低的成本有望以商业可行的价格实现频率高于6GHz的集成射频功率放大器。射频硅基氮化镓可在硅工厂生产，不需要通常用于射频碳化硅基氮化镓工艺的单独生产线。生产设备可与其他工艺共享，从而实现更动态的产量扩展。这有助于降低制造成本的批量依赖性，在整个市场周期内实现可靠、可持续的制造工艺。硅工厂的制造过程与其他硅工艺一样受到严格的工艺控制，因此工艺稳定性高、公差小。

英飞凌的下一代射频硅基氮化镓技术能够显著提高性能，尤其是增益。这些改进主要得益于有源器件采用了先进的场板结构这一颠覆性概念。与第一代器件相比，这一概念降低了寄生反馈电容 C_{dg} 。这些晶体管具有更高的稳定性、3-4dB的增益、更低的频率色散和更“Doherty友好”的性能，这对于满足下一代基站部署的带宽和效率要求非常重要。

TABLE 1

图1显示了一个测试单元，该单元将展示新技术的器件级射频性能。测试单元包含不同的硅基氮化镓晶体管，驱动器件的栅极外围为1.44毫米，主器件的栅极外围为5.76毫米，峰值器件的栅极外围为11.52毫米。晶体管的栅极焊盘与高Q值金属氧化物半导体电容器（MOS盖帽）用线连接，为晶体管输入侧的二次谐波提供低欧姆阻抗。测试单元是在一个8毫米 x 12 毫米的多层叠片上图4：带有英飞凌硅基氮化镓器件以及偏置和控制集成电路的Doherty功率放大器模块。

实现的，其尺寸、材料和叠片层堆叠与用于稍后描述的Doherty PA模块实相同。对于这个Doherty功率放大器，只使用了图1所示的主器件和峰值器件；驱动器件是为未来的功率放大器设计准备的。

图2a显示了图1中5.76毫米主功率放大器的史密斯图负载-牵引等值线测量结果，该器件在3.6GHz频率下去掉了 20 \Omega 锥形嵌入，3dB转换器（transducer）增益压缩、漏极效率和 {P_{out}} ，参考阻抗为图5：(a)脉冲增益与输出功率的关系。(b)脉冲漏极效率与输出功率的关系。(c)AM-PM与输出功率的关系。

4 至 5 0 G H z

高抑制LTCC滤波器

专有技术

配套器件

T P H K - 3 0 0 2 +1812 LTCC直通线滤波器

DC 至 30 GHz• <1 dB 插入损耗充当BFHK系列滤波器的占位空间为线路板布局增加设计灵活性

{100+} dB 抑制基准内部屏蔽—无频率偏离
1812 表面贴装封装样式
实现SMD类器件最佳的EMI和EMC性能
与同等性能产品相比，尺寸和成本大幅降低

扫码了解更多详情.Mini-Circuits图6：PAE与平均 P_{out} 的关系。

20 \Omega 。图中的三角形标记表示负载阻抗以及相应的最小和最大性能值。负载牵引测量是在漏极电压为 28 V 、静态电流为 115mA （栅极外围电流为 20mA/mm ）的条件下进行的。表1汇总了这一性能。

图 ^{2 b} 的实线曲线表示 Z_{rm{L m a x}} .\scriptstyle\Delta_{DE}=(5.3-j1.2) \Omega 最大漏极效率负载时的功率扫描。虚线表示 Z_{Lmax.Pout}{=}(7.8{-}j6.4) \Omega 最大输出功率负载时的功率扫描。这些值针对3.6GHz进行了优化，但曲线图显示的是3.4、3.6和3.8GHz的值。

图7： {ADJ_{{max}}} 与平均输出功率的关系。

图3以"鼻形图"的形式描述了负载牵引测量数据，显示了3.6GHz时所有应用负载阻抗在3dB增益压缩条件下的漏极效率与 {P_{out}} 的关系。

图1所示测试单元的驱动器和调峰装置的性能在本文中没有明确显示。不过，它们与主器件的性能接近。与5.76毫米的主晶体管相比， {P_{out}} 性能随器件栅极外围的大小而变化。

射频GaN-on-Si Doherty PA模块

利用图1所示测试单元中的主器件和峰值器件设计了一个8W（平均）的Doherty功率放大器，工作频率为 3.5{-}3.9GHz 。功率放大器（包括英飞凌智能偏置和控制集成电路）的尺寸为8毫米 x12 毫米，采用与器件测试单元相同的多层层压板。这样就能在设计和后续功率放大器调整中使用测量到的负载-牵引数据和器件模型。主器件和峰值器件的外围选择为1:2，以便在5G NR信号为7.5dB PAPR（39dBm {P_{out}.} ）时获得最佳效率和线性度。基波和二次谐波的器件输出匹配以及功率组合网络是通过层压板上的传输线和高质量SMD盖帽实现的。主设备和峰值设备的射频输入信号分离是通过一个3dB块状威尔金森分流器实现的。模块中集成了一个智能偏置和控制集成电路，用于控制Doherty功率放大器的偏置和TDD开关。该模块可在生产周期内通过数字I2C接口进行编程。该功率放大器模块如图4所示。

图5a显示了图4所示Doherty功率放大器模块的增益性能，图5b显示了漏极效率，图5c显示了测得的AM-PM与输出功率的关系。这些结果是在脉冲宽度为 200\upmus 和占空比为 10% 的射频脉冲下测量的。

如图5a所示，在平均Pout为39dBm时，增益约为14.5dB，接近已公布的基于碳化硅基氮化镓的Doherty功率放大器在漏极电压从28V升至50V时的最佳值。6如图5b所示，在输出功率为39dBm、带宽为400MHz时，效率超过 55% 。二次研究表明，这与最好的碳化硅基氮化镓Doherty功率放大器处于同一水平。^{6,9}4dB 增益压缩时的峰值输出功率大于47dBm ，最大AM-PM为23度，平均和峰值功率水平的相位随频率变化约为6度。图5a和图5c所示的平滑增益和AM-PM行为对于高效宽带DPD线性化非常重要。

图6 显示了在2 5 6 - Q A M 调制、1x100MHz 信号带宽、 30kHz 信号载波间隔和PAPR =7.5 dB条件下，针对5G NRFDD信号的三种不同载波频率测量的调制PAE与输出功率的关系。虚线表示非线性化PAE曲线，实线表示使用DPD的线性化性能。在平均 {P_{out}} 为39dBm时，PAE大于 50% 。

频域线性化性能的评估采用相邻信道功率比 ADJ_{{max}{=}m a x[A D J_{left}} , {ADJ_{{right}}]} 。不同平均功率水平下的结果如图7所示。在39dBm Doherty PA平均 {P_{out}} 时，对于PAPR为7.5dB的100MHz 5G NR信号，线性化 {ADJ_{{max}}} 小于-51dBc。为了评估时域线性化性能，必须考虑5G NR TDD测试信号(NR-TM3.1)的最大符号EVM与输出功率的关系，信号带宽为 1x20MHz ，信号载波间隔为 60kHz ，PAPR为 {8.4dB} 。图8中的测量结果显示，在功率放大器线性化Pout上，最大符号EVM几乎持平，小于 1% 。

图8：5G NR-TM3.1测试条件下最大符号EVM与平均 P_{out} 的关系。

图9：射频硅基氮化镓技术的MTTF与温度的关系。

可靠性

设备的可靠运行是必然的要求。电信基础设施应用中的设备通常必须在苛刻的条件下运行至少10年。如果器件能够承受更高的温度，基站冷却设施就可以更小、更轻，从而降低运营成本。图9显示了这种新型硅基氮化镓技术的MTTF。温度低于 200 °C 时，电迁移是主要的失效机制。这种失效纯粹由工艺的金属化层和连接宽度决定，可以独立于固有晶体管进行扩展。超过 200 °C 时，晶体管的内在失效机制开始占主导地位。对于典型的 150 °C 晶体管工作温度，MTTF为 {10}^{8} 小时或11,000年，符合使用寿命要求。

虽然目前还没有第二代技术的现场数据，但英飞凌的第一代射频硅基氮化镓器件已在数百万个功率放大器中现场运行，没有出现任何故障，这表明射频硅基氮化镓是苛刻电信应用的合适技术选择。

电源电压

英飞凌射频硅基氮化镓工艺的电源电压为28V，合格电压高达 32 V 。虽然

5G mMIMO基站中常用的8-12W功率放大器可采用50V电源设计，但28V的外围设备稍大，输出阻抗较低，因此输出匹配更容易。随着基站频率向6GHz以上发展，发射通道数量增加，功率放大器的平均Pout会降低。如果变换比过大，射频功率放大器中的阻抗变换网络和相关损耗将变得非常棘手，28V成为最佳选择。对于工作频率为10GHz、具有256个或更多发射信道的基站，业界正在讨论更低的12V电源电压。这将进一步提高硅基氮化镓的竞争力。

结论

基站市场的经济驱动力决定了当前和未来射频功率放大器的技术要求是更高的频率、更宽的瞬时带宽和更高的效率。英飞凌的第二代射频硅基氮化镓技术提供了颠覆性的低反馈电容概念，显著提高了增益和"Doherty友好"功率放大器的性能。对于平均输出功率为39dBm的100MHz 5G NR信号，由此产生的Doherty PA的PAE超过 50% 。这些结果显示了这项技术的前景。在3.6-3.8GHz时的输出功率范围内，Doherty PA的线性化EVM值小于 1% 。随着8英寸硅制造能力的提高，采用射频硅基氮化镓技术的功率放大器的优势将显现出来，因为5G-A和6G的更高频率要求为MMIC集成提供商业上可行的解决方案。■

参考文献

1. Ericsson, “Ericsson Mobility Report,” June 2024, Web: www.ericsson.com/en/reports-and-papers/mobility-report/ reports/june-2024.
2. Nokia, “Coverage evaluation of 7 - 15 GHz bands from existing sites,” White Paper, April 2024, Web: https:// onestore.nokia.com/asset/213702.
3. Yole Group, “RF GaN Compound Semiconductor Market Monitor Q2 2024,” 2024.
4. J.-S. Moon et al., “Ultra-Linear and High-Efficiency GaN Technology for 5G and Beyond,” IEEE Topical Conference on RF/Microwave Power Amplifiers for Radio and Wireless Applications (PAWR), 2022.
5. K. M. Bothe et al., “Improved X-Band Performance and Reliability of a GaN HEMT With Sunken Source Connected Field Plate Design,” IEEE Electron Device Letters, Vol. 43, No. 3, 2022.
6. B. Grote et al., “High Performance 0.25~~mu~m~ GaN Technology with Low Memory Effects,” BiCMOS and Compound Semiconductor Integrated Circuits and Technology Symposium, 2023.
7. Ericsson, “Why cmWave spectrum is expected to be a powerful enabler of 6G and future networks,” 2023, Web: www.ericsson.com/en/blog/2023/6/cm-wave-spectrum-6gpotent-enabler.
8. I. Nasr, {^{*R F}} GaN on Silicon: The Best of Two Worlds,” Microwave Journal, Vol. 64, No. 11, Nov. 2021.
9. S. Sakata et al., “A Fully-Integrated GaN Doherty Power Amplifier Module with a Compact Frequency-Dependent Compensation Circuit for 5G massive MIMO Base Stations,” IEEE International Microwave Symposium MTT-S, 2020.

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利用免费软件和低成本仪器设计内置天线放大器的物联网设备

J. Valle\*, A. Andújar\*\* and J. Anguera\*,\*\*；\* Smart Society Research Group, Universitat Ramon Llull, Barcelona, Spain；\*\* Ignion, Barcelona, Spain

随着增各长种，应针用对对特无定线环连境接优需化求天的线快的速必统需要使用电磁（EM）软件进行仿真，并使用矢量网络分析仪（VNA）和暗室等精密设备进行测量。然而，免费软件和低成本仪器被推荐用于早期设计。1,2这种替代方法可让研究人员参与设计内置天线的无线设备，并为天线设计提供经济高效的简化方法。这些设计可过渡到专业软件，以进行更精确的设备表征。

为说明设计过程的简便性，将通过修改相关匹配网络在所需频段使用一个小型非谐振元件。3这种非谐振增强天线元件的尺寸为 12x3x2.4mm^{3} 。它将被集成到图1所示的FR4电路板中。

这种设计程序比基于改变天线几何形状的设计程序要简单得多。对于天线放大器来说，只有匹配网络需要调整，因为天线放大器可用于多个频段和外形尺寸。6这种易用性得益于基于匹配网络合成的天线放大器电路设计软件的非共振特性。7这是一个显著的优势，因为通过设计匹配网络就可以轻松设计出包含天线放大器的无线设备，这种设计简单、快捷，而且完全可以通过电路仿真来解决。

创建一个具有不同外形尺寸的设备库（包括天线放大器），其中包含广泛频率范围内的S参数，为简化设计流程创造了机会。设计人员可以选择最符合要求的外形尺寸，然后使用该库设计匹配网络。这种库包含与不同尺寸PCB上的不同天线放大器相对应的预仿真 S_{11} 数据。

本文详细介绍了如何从资料库中获取S参数，使用另一款免费匹配设计软件设计匹配网络，以及使用低成本VNA测试S 参数。由于资料库已被广泛介绍，8本文重点介绍使用免费软件设计匹配网络，以及使用低成本VNA测量 S_{11} 参数。此过程的设计流程图如图2所示。

图1：FR4地平面上的天线放大器。

在选择免费匹配

图3：使用Atyune的天线放大器 ~\cal{S~}_{11} 响应。

图2：设计流程图。

网络设计软件之前，我们对不同的合成软件进行了比较分析。匹配网络合成软件必须能处理复杂的频率相关阻抗，并能在f1-f2和 f_{3}{-}f_{4} （例如，824-960MHz和1710-2690MHz）合成具有多频带性能的匹配网络，而且能够包含具有有限Q因子的实际电感器和电容器。表1列出了满足这些需求的软件。

XFdtd Remcom、Optenni-Lab、Cadence AWR Microwave Office和Atyune符合表1中的三个标准。前三个软件功能强大，是专业应用

的优秀软件。但本设计使用Atyune，因为它是一个开放且易于使用的匹配网络合成软件。它侧重于为天线与特定地平面尺寸的匹配提供清晰实用的指导。该软件可免费使用。

用于匹配网络合成的免费软件

匹配软件允许用户分析天线匹配网络。软件将确定 S_{11} 、带宽、公差和匹配网络效率等参数。此外，这些软件还能根据要求合成匹配网络，并指定实现该

图4：天线放大器在SWR _{.}=3 时的带宽潜力。

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网络的组件。

在这种情况下，仿真从先前仿真过的平台（包括天线放大器）的S参数开始。Ignion提供了一个免费库。 例如，图1中的设备已使用电磁全波求解器IE3D进行了仿真。数据库中提供了 S_{11} 数据，设计人员可使用图2的流程图合成匹配网络。

建立匹配网络的必要性

图1中电路的 {S}_{11} 如图3所示。在所需的863-928MHz范围内， {\bf S}_{11} 性能较差。我们的目标是设计一个 ~\boldmath~{~S~~}_{11} 值小于-6dB的匹配网络。

高效匹配对于优化系统性能和确保信号源与负载之间的最高功率传输至关重要。不匹配会导致信号反射和功率损耗。图3的结果显示， 900{MHz} 时 S_{11}=. 1dB。这意味着只有 20% 的可用功率传递到天线系统，相当于6.8dB的失配损耗。匹配网络将匹配阻抗，以优化信号源和负载。软件将为所需的匹配网络合成拓扑结构和元件，如电感器和电容器。

图5：合成匹配网络。

带宽潜力

要优化匹配网络设计，必须分析天线阻抗的潜在带宽。这一步对于确定设计是否能提供足够的带宽至关重要。即使天线没有匹配，设计人员也能通过潜在带宽估算出带宽。如果潜在带宽大于目标带宽，则可以设计一个或两个元件的简单匹配网络来满足带宽要求。值得

图6：有匹配网络和无匹配网络的天线放大器 S_{11} 结果。

一提的是，在使用宽带匹配网络时，可能会超出潜在带宽。例如，使用LC谐振器的宽带匹配网络在SWR =: 时理论上可将带宽提高2.45倍。19,20,21

Atyune软件有

助于有效评估带宽潜力。它允许探索直接影响带宽的配置和设置，确保最终设计符合所需的带宽要求。以图1中的天线放大器为例，其工作范围为863-928MHz ，带宽为 65MHz 。图4显示了带宽潜力曲线。在 900MHz 时，该值为175MHz ，相当于 19.4% ，这表明采用适当的匹配网络就能获得足够的带宽。

匹配网络设计

由于有足够的带宽潜力，该软件将用于设计一个 \bf~*\bfS_{11} 小于-6dB的匹配网络，频率范围为 863{-}928MHz 。将对该设计进行合成，以限制系统所需的元件。在这种情况下，匹配网络包含两个元件，如图5所示。L1是一个15nH的电感器，Q值为87；L2是一个27nH的电感器，Q值为89。软件允许实时调整，以便进行实验和优化。

图6显示了图1中天线放大器的仿真结果，包括使用和不使用匹配网络的情况。通过匹配网络，天线在810-1000MHz范围内的 {S}_{11} 值优于-6dB。这个190MHz的带宽很容易满足863-928MHz的天线放大器频率范围。放大电路20.9% 的带宽也接近图4所示 19.4% 的带宽潜力。

公式1将总匹配网络效率定义为：

其中： \mathfrak{\eta}_{\mathfrak{t}}= 总效率； \mathfrak{\eta}_{m}{=} 匹配效率

在863-928MHz范围内，该天线放大器的平均效率为 83% 。值得注意的是，总效率考虑了失配和匹配网络中使用的块状电感器有限Q值影响的匹配效率。图7显示了匹配和非匹配天线放大电路的总效率结果。

考虑焊盘布局的匹配网络设计

带宽和效率分析完成后，下一步就是制作电路板。在制作电路板之前，必须考虑叠加元件焊盘的尺寸及其对电路性能的影响。每个焊盘都可以用短传输

图7：有匹配网络和无匹配网络时的总效率。

D C 至 5 0 G H z

MMIC放大器

自行设计的300+型号

每一项需求都有应对方案

图8：电路板布局。

线建模，然后计算 {S}_{11} 。在这种情况下，焊盘构成一条非对称共面传输线。特征阻抗和有效介电常数很容易求出。3

图8显示了本例的电路板布局。该布局包含多个串联和并联元件，以适应各种电路配置。所考虑的匹配网络只需要Z1和Z2，因此Z3、Z6和Z7短路，而Z4和Z5开路。

下一步是将实际焊盘添加到匹配网络值中。这意味着将每个焊盘仿真为传输线，并确定阻抗、衰减、介电常数和长度。从图8中可以看出，Z1是 27nH 的电感器(L2)，Z2是15nH的电感器(L1)，Z1和Z2之间有一条 2mm 的传输线。由于Z3、Z6和Z7短接在一起，因此它们被仿真为一条 13mm 的传输线。具有实际焊盘特性的匹配网络如图9所示。

在包含实际焊盘的情况下，使用L1和L2值仿真匹配网络，以分析焊盘的影响。结果显示， 795{-}928MHz 的带宽为133MHz，即 15.4% ，其中 {\bf S}_{11} 小于-6dB。由于 2mm 传输线引入的电感，频率向低频移动。这些结果如图10所示。

下一步是优化L 1 和L 2 的值，以纳入焊盘布局的效果。A t y u n e 的AutoMatching（自动匹配）功能将更新初始元件值，以纳入添加焊盘的效果。添加焊盘后，天线放大器符合 ~\boldmath~{~S~~}_{11} 要求，因此无需优化。在其他情况下，优化软件可用于微调数值，以纳入布局影响。仿真结果显示带宽为215MHz或 23% ，设计符合825-1040MHz时 ~\boldmath~{~S~~}_{11} 的要求。这些结果如图11所示。

经过仔细分析，确定可以去掉15nH的并联电感器。该元件在900MHz时的阻抗很高，去掉它不会产生相关影响。图11显示，去掉电感器后，匹配网络的带宽有所改善。

图1 2 显示了最终匹配网络的总效率。平均值为7 8 % 。该效率计算考虑了 S_{11} 、 27nH 电感器有限Q值造成的损耗以及布局损耗。

公差分析

A t y u n e 在 ~S~_{11} 分析中考虑了元件容差。在这种情况下，元件容差被设置为 2% ，蒙特卡罗分析显示了一个稳健的匹配网络，工作频段内的所有 S_{11} 结果均小于-6dB。结果如图13所示。

图9：与实际焊盘匹配的网络。

图10：有焊盘和无焊盘的 S_{11} 对比。

原型和测量

分析和优化工作完成后，下一步就是制造匹配网络，并比较实际结果与仿真结果。为了最大限度地提高匹配网络的效率，匹配元件的Q值必须尽可能高。在本例中，我们选择了Q=89（900MHz）的0603 SMD电感器，而不是Q值约为58的0402版本。

为了测量相应的 {S}_{11} ，构建了匹配网络，并将系统连接到微型VNA。VNA采用标准的短路/开路/负载校准法进行校准。此设置如图14所示。

为完成比较，还在实验室级专业

图11：带有和不带 15nH 平行线圈匹配网络的 {\bf S}_{11} 。

图12：最终匹配网络的匹配效率。

图13：考虑了电感器容差的 S_{11} 。

图14：利用低成本VNA测量 \bf~*\bfS_{11} 。

VNA上对匹配网络进行了测量。两台仪器的测量结果显示出良好的一致性，测量带宽为 19.8% 。这一测量带宽与近 23% 的仿真带宽相比也相当接近。与仿真结果相比，两台测量仪器都出现了 7% 的轻微频率偏移。结果如图15所示。

结论

本文介绍了一种设计和优化内置天线放大器的物联网设备的新方法。其前提是，利用Ignion库、免费软件和低成本VNA，为研究人员从事射频设计和无线设备开发提供了一条便捷、经济的途径。将天线放大器集成到接地平面中可简化设计过程，将重点放在匹配网络上，而不是改变天线的几何形状。这种方法表明，在863-928MHz频段内工作的有效天线设计，即使使用价格低廉的基本软件也是可以实现的。

这种设计方法降低了成本，降低了射频设计的入门门槛。这将有助于促进无线通信领域更广泛的参与和创新。通过采用这种方法，研究人员可以获得宝贵的实践经验，并在过渡到更复杂、更精确的专业软件之前加深对天线设计原理的理解。■

参考文献

图15：匹配网络的测量结果与仿真结果对比。

1. A. Gupta et al., “DIY Antenna Studio: A Cost-Effective Tool for Antenna Analysis [Education Corner],” IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 63, No. 2, April 2021, pp. 83–88, doi: 10.1109/MAP.2021.3057310.
2. A. Rocha, S. Mota and M. Sousa, “A Demonstrator for Impedance Matching Systems in Transmission Lines With Time and Frequency Simulation [Education Corner],” IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 61, No. 3, June 2019, pp. 92–103, doi: 10.1109/ MAP.2019.2907900.
3. J. Anguera, A. Andújar, J. Leiva and R. Mateos, “Embedded Antennas in Cellular IoT Platforms,” European Conference on Antennas and Propagation, EuCAP, March 2020, Copenhagen, Denmark.
4. J. Anguera, N. Toporcer and A. Andújar, “Slim Booster Bars for Electronic Devices,“ May 2018, U.S. Patent 9,960,47.
5. J. Anguera, A. Andújar, G. Mestre, J. Rahola and J. Juntunen, “Design of Multiband Antenna Systems for Wireless Devices Using Antenna Boosters,”IEEE Microwave Magazine, Vol. 20, No. 12, Dec. 2019, pp. 102–114, doi: 10.1109/MMM.2019.2941662.
6. J. Anguera, A. Andújar and C. Puente, “Antenna-Less Wireless: A Marriage Between Antenna and Microwave Engineering,”Microwave Journal, Vol. 60, No.10, October 2017, pp. 22–36.
7. J. Anguera, A. Andújar and C. Puente, “Virtual Antenna™: Easy Design of IoT Devices with Embedded Antennas,”MWEE RF-Microwave, Sept. 2019.
8. J. Anguera, C. Puente, A. Andújar, R. M. Mateos, D. Vye and M. Lien, “Antenna Library for IoT Devices with Antenna Boosters,” 50th European Microwave Conference (EuMC), 2021, Utrecht, Netherlands, pp. 1147–1150, doi: 10.23919/ EuMC48046.2021.9338246.
9. NN Design Hub: NN Librarie[S], Ignion, Web: https:// ignion.io/files/UM_Libraries_Generic.pdf.
10. Aytune, Web: https://www.atyune.com.
11. A New Level of RF Network Design, Aytune, Web: https:// www.antune.net/index.html.
12. IMNLab, Web: https://imnlab.wordpress.com.
13. Matching Network Design - MATLAB & Simulink, MathWorks España, Web: https://es.mathworks.com/help/rf/ matching-network-design.html.
14. Qorvo MatchCalc RF Impedance Matching Calculator, Qorvo, Web: https://www.qorvo.com/design-hub/designtools/interactive/matchcalc.
15. Z. Peterson, “Antenna Impedance Matching Network Circuit Simulation in Altium Designer,” Altium, April 5, 2020, Web: https://resources.altium. com/p/antenna-impedancematchingnetwork-simulation-altium-designer.
16. “Matching Network Design Simulation Software,” Remcom, Web: https://www.remcom.com/matchingnetworkdesign-simulation-software.
17. O. Pekonen, J. Rahola and S. Kosulnikov,“Circuit Synthesis Software for Antenna and RF Optimization,”Optenni Ltd., March 7, 2024, Web: https://optenni.com/.
18. AWR Microwave Office, Cadence, Web: https://www. cadence.com/en_US/home/tools/system-analysis/rfmicrowave-design/awr-microwave-office.html.
19. J. Anguera, C. Puente, C. Borja, G. Font and J. Soler, “A Systematic Method to Design Single-patch Broadband Microstrip Patch Antennas,” Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 31, No. 3, Nov. 2001, pp.185–188.
20. A. Andújar, J. Anguera and C. Puente, ^{∞}A Systematic Method to Design Broadband Matching Networks,” Conference Proceedings of the Fourth European Conference on Antennas and Propagation, Barcelona, 2010.
21. A. R. Lopez, “Double-Tuned Impedance Matching,” IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 54, No. 2, April 2012, pp. 109–116, doi: 10.1109/MAP.2012.6230722.

无线电力传输：波形效率、互操作性和技术展望

Eduardo Nunez van Eyl, Nikolas Athanasopoulos, Daniela Raddino and Rania Morsi, Rohde & Schwarz, Munich, Germany

随着低功耗传感器网络的日益普及，重要的课题。随着智能楼宇中设备密度的不断增加，传统的供电方式（如电缆或电池）已变得不切实际。电缆限制了移动性，而电池则需要额外的维护，因为它们必须定期更换。远距离无线电力传输（WPT）和能量收集（EH）可使低功耗设备无限期运行，无需维护，移动范围更大。

虽然人们已经对WPT和EH的基本物理概念进行了深入研究，但由于端到端效率低以及缺乏确保互操作性的协调等挑战，使用射频波传输能量尚未得到广泛采用。本文通过研究波形对射频-直流转换效率的影响，证实高峰值-平均功率比(PAPR)信号可提高整流电路的效率，从而应对这些挑战。文章还概述了当前的标准化工作，并展示了罗德与施瓦茨公司的原型测试装置如何促进WPT技术的发展。此外，还讨论了向更高工作频率转变的潜力，以实现更小、更高效的设备，释放WPT的大众市场潜力。报告的研究结果为致力于克服WPT和EH技术和实践障碍的研究人员和行业利益相关者提供了宝贵的见解。

WPT的历史和当前挑战

WPT的基本概念可追溯到19世纪。1888年，Heinrich Hertz通过实验成功验证了麦克斯韦的电磁波预言，证实了从一点到另一点无线传输电力的可能性。1899年，Nikola Tesla设想在全球传输大量电能。为此，他建造了Wardenclyffe塔，目标是实现跨大西洋无线通信和电力传输。

在1960年代微波技术取得进步之前的几十年里，远场WPT技术没有取得进展。William C. Brown开创了现代远场WPT的先河。他演示了5.5米远的灯泡和电风扇的无线供电。他还演示了第一架微波供电直升机。射频WPT的另一个重要应用是太阳能供电卫星。在这一系统中，地球同步卫星捕获太阳能。这些能量在太空中被转换成微波能量，然后被传送到地球并转换成直流电。这些远场WPT实验的重点是使用大型天线进行远距离高功率射频传输。

近来，无线传感器、物联网设备和可穿戴电子设备等低功耗通信设备的激增和普及，引起了人们对使用WPT在几米的中短距离内实现低功耗传输（如微瓦至毫瓦）的兴趣。尽管对WPT进行了大量研究，但仍需做出巨大努力，对接收电路进行建模和优化，以实现尽可能

图1：波形效率比较设置。

TABLE 1

TABLE 2

MEASUREMENT PARAMETERS AND CONFIGURATION TO COMPARE WAVEFORM EFFICIENCY

高的转换效率。另一个问题是协调开发工作和产品，以确保WPT设备之间的共存性和互操作性。

射频到直流的转换效率

就其核心而言，射频到直流的转换过程相对简单，只涉及两个组件，即天线和整流器，通常被归类为"整流天线"。天线接收射频信号，整流器将其转换为直流信号。整流器通常包含二极管和一个基于电容的低通滤波器(LPF)，是一个非线性电路元件。

高射频到直流转换效率具有明显的优势。首先，高效的WPT意味着以热量形式浪费的能量更少。这就提高了整个系统的性能，包括电能传输范围和设备充电时间。其次，高效率可实现更高的接收功率，从而扩大WPT的应用范围。

理论考虑

由于电路的射频输入功率和直流输出功率之间的关系，射频-直流转换器的整流元件是一个非线性电路元件。波形对转换效率有影响。具有高PAPR的信号可获得更高的直流功率。这是因为与平均功率相同但峰值功率较低的恒定包络信号相比，高PAPR信号的峰值更有可能超过二极管的导通电压。此外，高PAPR信号的峰值可将电容器充电至更高的电压水平。对于时间常数较长的输出LPF，电容器可将充电电压维持到下一个信号峰值。

波形效率比较

为了比较高PAPR信号对原型电路板的射频到直流转换效率的影响，将信号发生器与功率分配器相连，功率分配器将输入功率平均分配给频谱分析仪和Powercast公司的射频到直流接收器(Rx)

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图2：原型电路板的射频到直流转换效率。

电路板。电池模拟器连接到Rx的直流输出端。通过模拟各种类型电池（包括锂离子电池和镍镉电池）的行为，无需使用物理电池。电池终端的充电、电流和电压状态也会显示出来。电压和电流的精确测量使用高精度万用表进行。该装置通过远程控制可自动进行测试和其他评估。图1显示了表1所列设备的设置图。测量参数和配置见表2。

图2显示了在不同射频功率输入到接收电路时的射频到直流转换效率。在整个输入功率范围内，OFDM信号的性能普遍优于正弦信号。这证实了一个假设，即高PAPR信号由于其非线性特性，整流器效率更高。另一个有趣的现象是，由于高PAPR信号的效率更高，整流器所需的最小输入功率降低了约2-3dB。换句话说，高PAPR信号会提高射频到直流转换器的灵敏度。这意味着更大的工作范围、更高的输出功率和更好的用户体验。

3GPP和环境能物联网(Ambient IoT)

互操作性是未来WPT系统的关键因素。它使无线设备充电时不会出现兼容性问题。这将带来一个更加多样化的生态系统，促进市场增长和创新，最终使WPT技术变得更加经济实惠。

全球电信标准组织3GPP一直专注于3G至5G网络的通信标准。然而，他们的现有标准以前并没有解决低功耗、低复杂度设备的特殊需求，这些设备可能无需电池即可运行，功耗低于 10mW 。3GPP认识到这一差距，在最近的研究中引入了"环境能物联网"的概念，在TR22.840和TR38.848中概述了要求和空中接口规范。环境能物联网设备的低功耗特性使其成为射频供电运行的理想候选设备。在第19版中，3GPP环境能物联网计划涉及用例、连接架构、频谱分配、EH和覆盖范围等关键方面，为创新的物联网应用铺平了道路。

空气燃料标准化工作和测试

要使一项技术可用于商业用途，就必须制定一项可适用于不同制造商生产的设备标准。此外，有必要定义合规性测试要求，设备在投入市场前必须满足这些要求。这对于确保像WPT这样的新技术不会对现有技术产生负面影响非常重要。为此，空气燃料联盟（AFA，AirFuelAlliance）制定了射频WPT标准。

AFA是一个由制定无线充电标准的公司组成的全球联盟。AFA定义了AirFuelResonant（共振）标准，该标准使用工业、科学和医疗(ISM)频段中6.78MHz的磁共振，可在几厘米的距离内为功率高达50W的设备充电。AFA还定义了AirFuelRF（射频）标准，使用900MHz ISM频段（865-868MHz和902-927MHz，视地区而定）的射频信号，在数米距离内提供高达1W的无线功率。这使Rx在供电时可以自由移动。AirFuel射频使用蓝牙低功耗技术在Tx和Rx之间进行控制信道通信。接收设备可与Tx建立完整的蓝牙连接，或或接收专门的蓝牙广播，请求其范围内的任何Tx为其供电。

AirFuel射频标准基本系统规范(BSS)于2023年1月面向AFA成员发布。互操作性(IOP)和一致性测试规范(CTS)于2024年4月面向AFA成员发布。这些标准化工作旨在使无线充电的射频信号像Wi-Fi通信一样无处不在。

作为AFA的成员，罗德与施瓦茨的WPT项目利用其现有测试与测量设备的能力，为无线功率Tx和Rx提供全面的测试解决方案。该项目创建了一个基于图1的测试装置，以便在AirFuel射频标准开发过程中提供精确和可操作的反馈。软件与硬件相辅相成，可对单个设备进行精确控制。它还允许通过应用程序接口、命令行和用户友好的网络界面来协调测试。除了测试被测设备（DUT）的一般能力外，该设置还为Rx实现了AirFuel CTS。

图3是网页界面截图，显示AirFuel射频CTS测试之一，即"Rx频率"测试。该测试案例评估了各种功率水平下DUT的频率范围。如图3中黑色窗口所示，信号发生器以不同功率向DUT输入频率。

验证设备是否在每个频率和功率电平组合下充电。如果器件在指定条件下充电，则测试成功；否则，视为失败。用户可在界面内配置测试参数、启动测试和监控进度。

技术展望

一些技术发展预计将塑造WPT和EH的未来。其中一个主要趋势是向更高频率转变，这将带来更小的尺寸和更高的功率传输速率等优势。然而，这一发展也引起了人们对安全、成本和系统复杂性的担忧。

更高频率

尽管相关的路径损耗较高，但目前正在向更高的工作频率过渡。2目前，一些WPT工作主要集中在GSM频段和sub-GHz频率。文献资料和最新市场趋势表明，人们明显倾向于ISM频段，尤其是2.4和5GHz频段，但也有高达60GHz的频段。要理解这种兴趣，有必要考虑更高频率所带来的众多优势。

小型天线和设备

众所周知，天线的尺寸与其发射或接收无线电波的波长有内在联系，λ/2是实现共振和最高效率的最佳天线尺寸。通过提高频率，从而减少波长，可以使天线更小，更适用于移动物联网设备。WPT的早期尝试需要非常大的天线，因为当时很难产生更高的频率。例如，利用DTV频率（470-770MHz）进行EH就很困难，因为天线尺寸不切实际。4

2.4GHz的天线在厘米范围内。这些都可以根据众所周知的设计进行开发。对于较远距离的传输，该频率范围在较高频率的传播衰减和较低频率传输所需的较大尺寸之间表现出极佳的折衷。3

改进的波束赋形功能

较小的天线除了尺寸小之外，还具有波束赋形的优点。在较高频率上进行精确的波束赋形，同时保持适中的天线尺寸，是WPT得到广泛应用的关键。

更锐利的波束非常有利，因为它能带来更高的天线增益，从而增加传输到Rx的功率。这将有效增加传输距离，并抵消较高频率下的较高路径损耗。利用更多单元的发射天线阵列或在更高的载波频率下工作，可以按比例下转第30页

图3：测试设置Web-UI包括AirFuel一致性测试规范。

氮化镓推挽放大器的优势和应用

Paramita Maity, Ashish Shinde, Sritama Dutta and Manish Shah; TagoreTech, Arlington Heights, Ill.

氮化特性镓，（已成为）首因选其的优高于功率放大的器宽和更高的放大器效率，从而可用一个宽带放大器取代多个窄带放大器。这在不牺牲性能的情况下减少了电路板占用空间。虽然宽带放大器在空间和成本方面具有优势，但其宽带宽在满足谐波要求方面也存在挑战。

推挽功率放大器拓扑结构作为陆地移动无线电（LMR）和战术无线电等许多应用的首选结构，正日益受到欢迎。这种拓扑结构将两个或多个功率放大器组合在一起，以实现更高的功率输出，从而提高效率、降低失真并减少功耗。这也简化了热管理。

HPA技术

GaN和LDMOS是功率放大器（PA）设计中最常见的两种半导体工艺技术。随着对减小尺寸、重量、功率和成本（SWaP-C）的需求不断增加，在许多新型功率放大器设计中，氮化镓正迅速取代LDMOS。部分原因是LDMOS晶体管通常建立在硅衬底上，而一些先进的设计可能会使用硅-绝缘体（SOI）衬底。

与硅相比，氮化镓的材料特性具有多项优势。表1着重说明了氮化镓和硅的基本材料特性。表1所列的特性表明，由于击穿电压、饱和速度和电荷密度较高，氮化镓器件的功率密度要高得多。与现有的LDMOS相比，氮化镓器件在输出功率相同的情况下体积大大缩小，从而降低了全部器件电容。较低的输入和输出电容有助于实现宽带匹配网络。此外，更高的工作电压可增加所需输出功率的负载线阻抗，进一步帮助实现宽带输出匹配。这些因素使氮化镓成为功率放大器、射频元件以及其他对性能和可靠性要求极高的电子系统中各种功能的绝佳选择。

宽带PA拓扑和权衡

宽带功率放大器是应用广泛的重要元件，可实现高效通信、提高信号质量并确保从电信到消费电子等各个领域的可靠性。这些功率放大器的性能使其能够处理宽广的频率范围，成为现代通信系统中的通用元件。目前有多种宽带功率放大器拓扑结构可供选择，每种拓扑结构都有其优缺点。一些重要的拓扑结构包括：

图1：推挽功率放大器框图。

有损匹配放大器或多级块状元件匹配：这种拓扑结构采用电阻器、电容器和电感器等块状元件的多级输入和输出匹配网络，以获得更宽的带宽。

反馈放大器：负反馈用于扩展带宽。并联和串联反馈配置均可用于这种情况，但并联反馈通常能产生最佳效果。

分布式放大器：这种拓扑结构利用多个晶体管的"加法放大"概念，可提供超宽带工作，从直流一直延伸到有源器件的截止频率。

推挽放大器：推挽放大器使用两个有源器件来处理输入信号的正负周期。这种设计通过消除偶阶谐波来提高效率和降低失真，因此在音频和射频应用中特别有效。通过在两个器件之间交替传导，推挽放大器可以提供高输出功率，同时保持良好的线性和热性能。互补、降低失真和提高热稳定性有助于推挽放大器整体带宽的改善。

表2比较了不同宽带功率放大器的拓扑结构。在所列的四种结构中，分布式放大器通常能提供最大带宽。这使它们适用于需要非常宽频率范围的应用。推挽放大器和反馈放大器也能提供更宽的带宽，但通常达不到分布式放大器的带宽水平。

考虑到失真、效率和带宽等其他因素，推挽放大器和分布式放大器都有各自的优势。不过，推挽放大器在效率、设计简便性、减少失真、更好的热管理和更低的成本方面更胜一筹。这使它们成为战术无线电和LMR系统等高功率应用的绝佳选择。

与其他技术相比，氮化镓推挽功率放大器具有明显的优势。这种放大器拓扑/技术具有更高的效率、更宽的带宽、更高的功率密度和更好的热性能。总之，这些优势使氮化镓推挽放大器成为电信、航空航天和国防系统等各种应用的理想选择。

图2：CMRR与振幅和相位不平衡的关系。

推挽放大器的设计方法

推挽放大器的关键部件包括：

推挽放大器使用两个基于晶体管或HEMT的器件来放大输入信号。在这种设置中，一个器件处理波形的正半部分，而另一个器件处理负半部分。图1显示了推挽功率放大器的基本构件。

输入端：输入信号通常是差分信号，来自能产生平衡输出的信号源。巴伦将单端不平衡信号转换成两个相等但相位相反的平衡信号，以驱动两个有源器件。

有源器件：两个有源FET或HEMT采用推挽配置。每个器件处理输入波形的一半。其中一个放大正半波，另一个放大负半波。

图3：使用混合 90° 耦合器的推挽功率放大器。

巴伦：巴伦位于功率放大器的输入和输出端。在输入端，巴伦将单端信号转换为差分信号。在输出端，它将差分信号转换回单端信号。巴伦还可以为所需带宽提供阻抗变换。它有助于最大限度地减少共模噪声，并确保功率在两个设备之间均匀分布。

图4：15W推挽功率放大器模块。

并将放大后的信号传输到负载。

输出端：两个晶体管的输出在输出 端合并。巴伦确保合并输出相位一致，

反馈机制（可选）：反馈可用于提高线性度和减少失真。它可以从输出端反馈到输入端，从而稳定整体增益。

输入信号进入放大器，巴伦将其转换成两个平衡信号。两个有源器件分别放大各自一半的信号。放大后的输出被送入巴伦，巴伦将其合并为一个非平衡输出。输出被输送到负载（如天线），以低失真提供高功率。使用巴伦的推挽功率放大器结构有效地结合了平衡和推挽的优点，从而实现了高效率、低失真和更宽的带宽。

图5：15W功率放大器模块的增益和PAE。

重要的巴伦参数

巴伦的设计/选择是推挽功率放大器设计中最关键的因素之一。在为放大器设计或选择正确的巴伦时，需要考虑几个因素：

工作带宽：巴伦必须满足指定要求的带宽。

插入损耗：直接影响放大器整体效率的关键参数。较高的插入损耗还会限制巴伦的功率处理能力，并可能使热管理面临挑战。

振幅和相位失调：直接影响巴伦的共模抑制比(CMRR)。

阻抗变换比：输入和输出阻抗之间的理想比率。

功率处理能力：巴伦在不超过规定限制的情况下可处理的最高功率。

巴伦在较宽的带宽内通常可以达到20-25dB的CMRR。图2显示了CMRR与相位和振幅不平衡的关系图。该图显示，要达到25dB CMRR，巴伦的振幅不图6：15W功率放大器模块的二阶谐波。

图7：65W推挽功率放大器模块。

平衡必须小于0.5dB，相位不平衡必须小于5度。这些不平衡值需要在偶阶谐波频率上测量。

放大器的最高功率要求决定了巴伦的最高功率处理要求。由于热管理方面的考虑，用于功率放大器输出的高功率巴伦通常会更大。这是设计巴伦时的一个关键因素。

高功率宽带放大器设计

对于宽带高功率应用，可以使用单个高功率器件来设计单端功率放大器。然而，使用单个高功率器件在带宽、PAE、谐波、热管理和成本方面都面临挑战。为了尽量减少谐波，需要使用低通滤波器(LPF)来抑制功率放大器产生的谐波。LPF元件必须支持适当的功率，这可能会增加其尺寸和所需的PCB空间。这会增加整体损耗和成本。此外，使用单个功率放大器实现更高的PAE和输出功率通常需要牺牲输出回波损耗。使用单个高功率放大器的标准设计通常也会产生较差的二次谐波。

另外，如图3所示，在推挽拓扑结构中使用两个较小的功率放大器，并将它们与90度混合器相结合，可以获得更高的 P_{out} 、PAE、更好的谐波性能，以及由于混合器固有特性而产生的出色的输入和输出回波损耗。这种方法提高了整体性能，并解决了与单一高功率器件设计相关的效率问题。这种拓扑结构还简化了热管理工作，因为功率耗散分布在四个有源器件上，而不是单器件上。这种推挽拓扑结构的缺点之一是成本高，因为它需要在输入和输出端增加巴伦和混合合路器。

表3总结了单个功率放大器配置与两个小型推挽功率放大器的比较。表4总结了单个HPA与两个推挽功率放大器及90度混合器的比较。

总体而言，尽管设计复杂性增加，成本可能提高，但采用90度混合的推挽拓扑结构为高功率宽带放大器设计提供了更高效、性能更高的解决方案。

推挽放大器参考设计

为说明推挽功率放大器设计方法的实际应用，本节将介绍15W和65W推挽功率放大器模块的参考设计。

15瓦推挽放大器模块

图4显示了采用TagoreTech TA9310E碳化硅基氮化镓功率晶体管和巴伦的15W推挽放大器设计。该放大器的工作频率为 30{-}512MHz 。两个GaN HEMT采用18V漏极电源偏置，总静态电流为80mA 。模块的输入端使用额定功率为1W的巴伦，输出端使用Mini-Circuits的额定功率为15W的巴伦。

推挽设计可有效地将二阶谐波降至-35dBc，而不会牺牲输出功率或PAE。在漏极电压低于氮化镓功率放大器最大额定值的情况下运行推挽放大器，就能达到所需的功率和PAE水平。由于减少了二阶谐波，这种设计特别适合战术无线电应用，尤其是30-512MHz频段内的应用。图4所示的GaN功率晶体管安装在TagoreTech开发的评估板上。图5显示了15W功率放大器模块的测量增益和PAE与输出功率的关系。图6显示了15W放大器模块的二阶谐波性能与输出功率的关系。

65瓦推挽放大器模块

图7展示了一个65W推挽放大器设计，该设计使用了TagoreTech的两个TA9410E 40W碳化硅基氮化镓功率晶体管和同轴巴伦。该放大器的工作频率为135-870MHz，由50V漏极电源驱动。为获得最佳性能，输入端使用了额定功率为4-5W的巴伦，输出端使用了额定功率

图9：65W功率放大器模块的二阶谐波。

上接第26页

为75W的巴伦。

放大器的推挽拓扑结构可有效地将二阶谐波降低到-30dBc。这确保了输出功率和PAE不受影响。该设计的最大工作电压为50V，可满足仪表盘安装或车载LMR/PMR无线电应用所需的高功率要求。

对二阶谐波的抑制使该放大器特别适合LMR应用，尤其是VHF、UHF1、UHF2和800MHz频段。表5汇总了65W推挽放大器在这些频段的性能。图7中的评估板在LMR频率范围内的平均输出功率为63-70W。图8显示了65W PA模块的测量增益和PAE与输出功率的关系。图9显示了65W放大器模块的二阶谐波性能与输出功率的关系。

结论

宽带功率放大器设计中的优势，特别是与氮化镓技术相结合时的优势。通过配对两个或多个放大器，推挽放大器可有效解决宽带功率放大器设计中实现高功率输出、宽带宽和低失真等难题。氮化镓技术具有带宽高、效率高、热传导性好和击穿电压高等优越性能，是这些应用的理想选择。

本文将推挽配置与使用单一器件的功率放大器进行了比较。这一比较突出了推挽结构在谐波性能、效率和热分布方面的优势。尽管设计复杂性增加，元件数量也可能增加，但推挽配置在带宽、效率和谐波控制方面具有显著优势。

将推挽拓扑结构与氮化镓技术相结合，可产生高性能宽带放大器，满足对效率、失真、功率处理和热管理的严格要求。这使它们成为对性能、尺寸和成本要求极高的射频应用的理想选择。■延长传输距离。例如，从2.4GHz过渡到60GHz理论上可将传输距离增加25倍。5不过，必须考虑可能的折衷。最重要的是，由于某些电路拓扑结构的低通特性，转换效率会随着工作频率的增加而降低。应对这些挑战对WPT的未来至关重要，因为能够提供高增益窄波束的大型可转向天线阵列有可能使WPT在长距离上得到广泛应用。7

辐射安全问题

虽然传统通信系统不会对用户造成任何辐射风险，但必须对WPT系统的较高功率密度进行仔细研究。传输波束越窄，功率密度就越高，很快就会超过FCC等组织规定的人体辐射限值。尤其是在高频率下可实现的极窄波束，这对于实现高天线增益是必不可少的。一项工作强调了考虑波束宽度以确定不安全波束截获距离的重要性。此外，这些计算还取决于适用于信号频率范围、曝光时间和占空比的当地法规。8

本文探讨了推挽放大器拓扑结构在

提高WPT设备的工作频率可以实现更精确的波束赋形，但代价是对人类和动物造成更高的辐射风险。这可以通过实施使波束远离生物体的系统来规避。然而，这种系统是一项重大的技术挑战。Ossia提出的另一种方法是利用逆向性来识别Tx和Rx之间的所有安全路径。这将在电力传输之前使用信标信号来完成。目前，关于辐射式WPT的安全机制仍存在多个未决问题。

结论

WPT和EH并不是新概念。然而，在实施这项技术时却面临着巨大的挑战。主要挑战是端到端效率低，以及确保这些无线系统互操作性的行业协调。要推动这项技术的发展，关键是要了解如何通过传输高PAPR信号来提高射频到直流的转换效率。罗德与施瓦茨通过其原型测试装置积极支持正在进行的标准化工作。向更高频率的转变将使传输波束更窄、设备更小。这可能会对WPT技术进入大众市场起到决定性作用。不过，要克服大多数整流电路在更高频率范围内效率下降的问题，仍需进行大量优化。■

参考文献

1. A. Boaventura, A. Collado, N. B. Carvalho and A. Georgiadis, “Optimum Behavior: Wireless Power Transmission System Design Through Behavioral Models and Efficient Synthesis Techniques,” IEEE Microwave Magazine, Vol. 14, No. 2, 2013, pp. 26–35.
2. M. U. Hoque, D. Kumar, Y. Audet and Y. Savaria, “Design and Analysis of a 35 GHz Rectenna System for Wireless Power Transfer to an Unmanned Air Vehicle,” Energies, Vol. 15, No. 1, 2022.
3. W. C. Brown, “The History of Wireless Power Transmission,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-32, No. 9, 1984, pp. 1230–1242.
4. C. Mikeka and H. Arai, “Design Issues in Radio Frequency Energy Harvesting System,” 2011.
5. K. Huang and X. Zhou, “Cutting the Last Wires for Mobile Communications by Microwave Power Transfer,” IEEE Communications Magazine, Vol. 53, No. 6, 2015, pp. 86–93.
6. C. R. Valenta and G. D. Durgin, “Harvesting Wireless Power: Survey of Energy-Harvester Conversion Efficiency in Far-Field, Wireless Power Transfer Systems,” IEEE Microwave Magazine, Vol. 15, No. 4, 2014, pp. 108–120.
7. N. A. Muhammad, N. Seman, N. I. A. Apandi and Y. Li, “Energy Harvesting in Sub-6 GHz and Millimeter Wave Hybrid Networks,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 70, 2021, pp. 4471–4484.
8. I. Prlic, J. Sisko, V. M. Varnai, L. Pavelic and J. Macan, “Wi-Fi Technology and Human Health Impact: A Brief Review of Current Knowledge,” Archives of Industrial Hygiene and Toxicology, Vol. 73, 2022, pp. 94–106.
9. “Unwired: The Blog,” Ossia, Web: www.ossia.com/blog.

允许多用户同时使用一台矢量网络分析仪

Seong-Ho Son, Sungtae Hwang, Janghoon Jeong, Heunggoo Jun and Dal Ahn, Soonchunhyang University, Asan 31538, Republic of Korea and Yun Keun Park, Sanghyo Kang and Jae-Bok Lee, Erangtek, Hwaseong 18423, Republic of Korea

昂贵设备。它通过发送和接收电信号来测量和分析被测设备（DUT）的响应。这样就可以检查频率响应、反射和插入损耗等参数。VNA广泛应用于无线通信、雷达、天线、高频电路等的设计和测试。

通常情况下，这些VNA是为测量单个DUT而设计的，在测量多个DUT或同时有多个用户时会受到限制。为解决这一问题，现在的先进技术可在单个VNA中设置多个测量端口。目前，市场上有四端口、六端口、八端口和其他多端口VNA。然而，仅仅增加VNA的端口数会增加系统的复杂性并提高价格。或者，为了提高价格竞争力，可以使用开关矩阵来增加端口数。端口扩展的主要目的是促进多端口器件测量或分析多个S参数。端口扩展不允许独立用户同时使用一个VNA。

最近，本文的几位作者提出了一种NAS系统，允许多个用户同时独立使用一个VNA。为了证明其可行性，该研究采用了一种用于端口扩展的开关矩阵，并提出了一种用于校准每个通道的去嵌入方法。不过，这项研究并未涉及高速切换方法。此外，开关矩阵是通过工作频率高达6GHz的SPDT开关实现的。然而，这不足以达到现有商用VNA的性能。本文介绍了一种高效开关模块及其最佳高速切换方法，使四个用户能够同时使用工作频率高达8.5GHz的商用双端口VNA。

图1：NAS系统总体示意图。

图2：开关模块。

总体系统

NAS系统主要包括用于扩展VNA端口的开关硬件，以及用于快速切换并向单个用户提供每个测量屏幕的软件。图1显示了拟议NAS系统的总体原理图。在这里，四个用户通过一个开关模块连接到一个双端口VNA，并在查看各自测量屏幕的同时测量DUT。

开关模块包括两个SP4T开关，用于将每个VNA端口分成四个。如图1所示，VNA的端口A被分为A1到A4，端口B被分为B1到B4。每个用户分配两个端口，例如第一个用户分配A1和B1。SP4T开关的工作频率高达 8.5GHz ，可实现典型商用8.5GHz VNA的全部性能。此外，开关模块还包括一个微控制器单元（MCU）。它可控制SP4T开关的高速开/关，使所有用户都能同时访问单个VNA。使用这种技术，确定开关时间是一个关键问题，因为不完整的测量会导致误差。

开关硬件

图1的开关模块原理图将VNA的每个端口扩展为四个，MCU根据适当的开关时间依次打开和关闭端口。制作好的开关模块如图2所示。它的正面有两个端口，用于连接VNA，两侧各有四个端口，为每个用户提供两个端口。

在以前的工作中，4 6GHz SPDT开关分两级连接，以实现VNA端口1:4的分割。在这项工作中，使用8.5GHz SP4T开关将一个输入连接到四个输出中的任意一个，反之亦然。SP4T的使用减小了开关模块的尺寸和端口之间的电缆长度。这些改进有望减少传输损耗。SP4T开关的工作频率扩展到8.5GHz，确保与商用VNA完全兼容。

图3：开关模块的插入损耗特性。

图4：开关模块的反射损耗特性。

图5：开关模块的隔离特性。

制造的开关模块与半刚性射频电缆相连，以最大限度地减少电缆损耗并提高装配的简便性。由于传输信号的幅度和相位会随射频电缆长度的不同而变化，因此建议匹配电缆长度，以减少通道之间的电气误差。这些误差会使通道校准变得困难，并可能导致测量误差。

对S参数进行了测量，以确定制造的开关模块的通道特性。6开关模块的性能评估包括测量特定路径的插入损耗、回波损耗和隔离度。插入损耗会降低通过开关模块的电缆、连接器和开关的信号功率。在测量插入损耗时，仅激活开关模块的特定路径，而关闭其他路径。使用VNA对激活路径上的 S_{21} 进行测量。图3a显示了端口A至所有相关输出组合的测量结果，图3b显示了端口B至所有相关输出组合的测量结果。所有八个路径的这些值都很相似，在最高工作频率8.5GHz时，从大约-0.7dB下降到-4dB。

图6：NAS系统的切换时间表。

反射损耗测量的是由于传输路径中的阻抗失配或不连续性而向信号源反射的信号功率。当信号遇到阻抗变化时，例如在两条不同传输线的接口处或连接器处，部分信号会被反射而不是传输。端口A输出路径的结果如图4a所示，端口B输出路径的结果如图4b所示。在测量时，只启动了一条特定路径，并在路径的一端测量 S_{11} 。所有路径的特性相似，最坏情况约为-12dB。

隔离度是指开关模块中两个不同路径之间的相互干扰程度。它表示输入一个路径的信号作为噪声或外部信号传输到其他路径的程度。隔离度越高，系统内不必要的信号干扰越小，从而提高NAS系统的精度和可靠性。本节显示的结果是分支端口之间的隔离度。例如，激活端口A和A1之间的路径后，分别测量端口A1和A2、端口A1和A3以及端口A1和A4之间的 S_{21} 。端口B的情况也是如此。端口A组合的结果如图5a所示，端口B组合的结果如图5b所示。不出意外，隔离性能会随着频率的增加而降低，但在8.5GHz时，隔离度低于约-55dB，显示出卓越的性能。

开关软件

NAS系统的操作软件允许四个用户同时测量各自的被测件。该软件根据一系列开关时间表控制SP4T开关，依次激活四个通道。与此同时，VNA会测量每个激活通道的S参数，并将其显示在主屏幕上。主屏幕按通道划分，测得的S参数显示被传送到每个用户的显示器上。高速重复执行此操作，可让四名用户同时使用一台VNA。

使用这种技术，确定适当的开关时间以实现最高的测量速度就变得非常重要。必须确保VNA有足够的时间测量每个通道。VNA的测量时间不仅取决于测量条件（如中频带宽、测量点和标记数），还取决于所使用的商用VNA产品。

图6显示了整个NAS系统的运行时间。其中包括通道之间的切换时间和单周期时间。当发出切换命令时，通道1被激活，VNA执行测量。当通道2被激活图7：用于设置最佳切换时间的差分图像处理概念。

时，VNA会执行另一次测量，此过程重复到通道4。然后，测量结果显示在主屏幕上，并被分割和传输到每个用户屏幕。如前所述，很难知道VNA的测量时间。假设通道之间的切换时间太短。在这种情况下，测量数据将不完整，因为新通道的测量在前一通道的测量完成之前就已开始。

图7左侧显示了切换间隔太短时的测量结果屏幕。反之，如果切换间隔时间过长，用户的屏幕刷新时间就会过长，造成不便。为了消除这些问题，本研究开发了一种方法来设置最佳切换时间，以实现最高的切换速度。这种技术的依据是，当切换时间不足时，测量数据图像会在不同通道之间发生变化。图7右侧显示了根据通道间的差分图像设置最佳切换时间的概念。

在自动设置环境中，每个通道的两个端口通过一根射频电缆直接连接，无需DUT。这样，所有通道都能获得相同的测量数据图像，从而提高了差分图像的准确性。在这项工作中，初始切换延迟时间设置为10ms，以获得图7左侧所示的测量数据图像。为了获得重要的差分图像，设置了感兴趣区域(ROI)而不是整个测量图像。7从通道1的参考图像中减去每个通道的ROI即可得到差分图像。所得到的差分图像如图7右侧所示。通道2和3的差分图像显示出像素的差异。造成这种差异的原因是切换时间较短。因此，有必要增加切换延迟时间。延迟时间根据每个差分图像中的像素数量进行调整。在这项工作中，阈值设定为100个像素。这个值是通过实验获得的，将切换时间设置为足够长的值，以确保四个测量图像几乎相同。然后根据100像素的阈值确定延迟时间。如果超过阈值，则在初始延迟时间的基础上增加1ms。此过程重复进行，直到不同像素的数量小于阈值。利用这一技术，确定了制造的NAS系统中每个通道之间的切换延迟时间分别为16ms、17ms和17ms。

接下来，需要确定周期时间。这是确定切换回通道1的时间所必需的。如果不确定这一点，通道1可能会在测量屏幕同步完成之前被切换，从而导致错误。这一过程与确定最佳切换时间的过程相同，如前所述。此过程产生的周期时间为250ms。

图8：NAS系统设置。

系统测试结果

图8显示的是组装好的NAS系统的图片。每个通道连接一个不同的被测件，其测量数据显示在每个用户的屏幕上。根据之前描述的确定高速切换时间的方法，周期时间优化为250ms 。因此，每个用户屏幕上的测量数据每秒刷新四次。

图9：DUT样品的测量结果。

确保每个通道测量结果的一致性也很重要。为了验证这一点，我们将给定DUT通过NAS系统的测量结果与直接连接到VNA的测量结果进行了比较。比较结果如图9所示。被测件是一个腔体滤波器，其通频带在3.1和4.8GHz之间。从NAS系统测得的数据与直接从VNA测得的数据非常吻合。

结论

本文介绍了一种NAS系统，允许四个用户同时使用一个VNA。该系统旨在复制现有商用VNA的全部性能，工作频率高达 8.5GHz 。测量结果证实，各通道之间的特性几乎没有差别。作为这项技术的成果，在任何测量条件下都能自动设定最佳高速切换时间。所开发的NAS系统允许四个用户同时使用，每个用户屏幕的刷新时间为 250ms 。对于测量射频元件的特性或执行简单的调谐任务来说，这种刷新水平一般不会造成不便。因此，NAS系统减轻了使用昂贵的VNA的负担，提高了工作效率。■

致谢

本研究得到了韩国教育部（MOE）资助的韩国国家研究基金会（NRF）"地区创新战略（RIS）"（2021 RIS-004）以及Soonchunhyang大学研究基金的支持。

参考文献

1. T. G. Ruttan, B. Grossman, A. Ferrero, V. Teppati and J. Martens, “Multiport VNA measurement,” IEEE Microwave Magazine, Vol. 9, No. 3, June 2008, pp. 56–69.
2. S. Azemzadeh, “A Guide to RF Switching Systems,” The RF Microwave Solutions Update, June 2008, pp. 34–44.
3. H. Heuermann, “Multiport S-parameter Calculation from Two-port Network Analyzer Measurements With or Without Switch Matrix,” 67th ARFTG Conference, San Francisco, Calif., U.S., 2006, pp. 219–222.
4. Y. Jang, C. I. Beak, D. M. Kim, D. Ahn and S.-H. Son, “A Sub-6 GHz Switching System for Simultaneous Use of 2-Port Network Analyzer by 4 Users,” International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering, Vol. 2023, Article ID 8827119, 2023, 7 pages.
5. A. Rumiantsev and N. Ridler, “VNA Calibration,” IEEE Microwave Magazine, Vol. 9, No. 3, June 2008, pp. 86–99.
6. J. P. Dunsmore, “Handbook of Microwave Component Measurements: With Advanced VNA Techniques,” John Wiley & Sons, 2020.
7. A. C. Bovik, “The Essential Guide to Image Processing,” Academic Press, 2009

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10GSPS的AWG和数字化卡

Spectrum Instrumentation，www.spectrum-instrumentation.compectrum Instrumentation于22年3月推\backsim 出的M5i系列是首款使用完整16通道（第3代）PCIe接口的PCIe数字化卡，实现了12.8GBytes/s的数据传输速率。次年，M5i.33xx数字化卡系列得到扩展，新机型提供10GSPS采样速度和4.7GHz带宽。Spectrum利用M5i平台设计了任意波形发生器(AWG)，可提供高达10GSPS的信号生成速度。今年9月推出的M5i.63xx系列可将AWG和数字化卡结合起来，速度可达10GSPS。这使得利用高效的商用现成部件和PC创建激励-响应系统和闭环设置成为可能。图1显示的是与现有12比特10GSPS数字化卡系列相同的M5i平台上的新型16比特10GSPS AWG。

新AWG卡系列

新型AWG能够产生带宽高达2.5GHz的波形，可将任何合适的PC变成功能强大的信号发生器。M5i.63xx系列共有四种型号。每个型号都具有超高带宽和匹配的DAC。因此，M5i.63xx系列AWG具有2.5和1.5GHz的带宽，可输出速率高达10、5或3.2GSPS的波形。所有单元均具有16比特垂直分辨率和 ± 1 V 的可编程满量程输出范围（ 50 \Omega 时为 ± 500mV ），或在差分模式下的两倍输出范围。这些功能的结合为波形速度、精度和质量提供了新的性能基准。

AWG基于M5i系列平台（该平台最初是为33xx数字化卡系列开发的），采用了成熟的设计技术。所有产品均配备2G采样板载内存（可选8G），并使用16通道第3代PCIe总线进行高速数据传输。该总线以每秒10GBytes的速度在板卡之间传输数据。需要时，数据甚至可以直接以先进先出（FIFO）模式流式传输到AWG进行重放，这一过程几乎可以产生无限的波形。

如果使用Spectrum的SCAPP驱动程序，M5i系列AWG和数字化卡可以直接将数据流传输到GPU或从GPU传输数据。波形可在单次或重复过程中重放，同时可使用多重重放模式输出多个波形段，从而优化内存效率。不同的重放模式还可与先进先出流相结合。一个简单的软件命令或触发事件即可启动波形重放。触发信号可通过两条外部触发线输入。图2显示了使用M5i.63xx AWG生成的模拟1GHz相位调制雷达脉冲（左上）。解调后的相位信息（左下）、脉冲频谱（右上）和频谱的水平扩展视图（右下）也清晰可见。

16个通道

单卡提供一个或两个输出通道。如果需要更多通道，可以使用公司专有的Star-Hub时钟和触发同步模块连接多个卡。Star-Hub允许连接多达8个M5i.63xxAWG卡，以创建多达16个完全同步通道的系统。每个通道由一个公共时钟驱动，并共享相同的触发器。使用Star-Hub同步M5i.63xx AWG，用户可以建立输出速率高达 16 x 5GSPS或 8x10 GSPS的同步系统。图3显示了M5i Star-Hub模块，该模块通过共享一个采样时钟和触发源，最多可同步8个AWG或8个数字化卡。

将AWG和数字化卡结合起来

对于需要AW G 和数字化卡连接的激励-响应或闭环测试系统等应用，M5i.63xx AWG和M5i.33xx数字化卡可通过时钟和触发器直接连接实现同步。数字化卡和AWG具有3.2GSPS、5GSPS和10GSPS的匹配速度等级，便于集成。使用两个Star-Hub，其中一个可组合多达八个AWG，而另一个可连接多达八个数字化卡，用于通道为5GSPS的16T16R行、功能最强大的软件语言运行。M5i产品随附 ^{C++} 、Python、VB.NET、C#、Julia、Java和IVI的SDK。此外，还为第三方软件LabVIEW和MATLAB提供了驱动程序。

图1：16比特10GSPS AWG（前）和12比特10GSPS数字化卡系列（后）。

测试系统集成和混合模式运行

高水平的连接性使这些卡可以轻松集成到几乎所有的自动测试系统中。信号输出以及时钟和触发输入可通过前面板的SMA连接器连接。前面板有四个用于多功能I/O的SMA连接器，可用于异步数字I/O、时间戳参考时钟输入、同步数字输出、触发输出、状态标记或系统时钟等任务。

将多用途I/O线路转换为数字输出，可为AWG增加四个同步输出通道。这样，单个AWG卡就可以全速并行产生多达两个模拟输出和四个数字输出，这在与其他设备连接进行实验控制或OEM项目时非常有用。

数字脉冲发生器选件

图2：M5i.63xx AWG生成的数据。

M5i.63xx AWG卡和M5i.33xx数字化仪卡具有内置数字脉冲发生器(DPG)功能。该固件选件使用多用途输出连接器提供四个内部独立数字脉冲发生器。每个数字脉冲发生器都可对占空比、输出频率、延迟和循环次数进行编程。数字脉冲发生器可以由软件或硬件触发，也可以相互触发，从而可以创建复杂的脉冲方案来驱动外部设备或实验。根据型号的不同，最快的卡可以产生速率高达312.5MSPS或3.2ns的数字脉冲。■

MIMO系统。AWG加数字化卡组合可用于多种动态测试应用，如确定宽带放大器或滤波器的频率特性，或测试电子元件和子组件在各种条件下的响应。

简单信号生成和控制

M5i卡完全可编程，可在Windows或LINUX操作系统下使用当今最流

图3：左侧卡上的M5i Star-Hub模块。

electronica China

慕尼黑上海电子展

2025年4月15-17日

上海新国际博览中心

重塑堆叠贴片天线

Taoglas，www.taoglas.com

aoglas的Inception HP5354.A"贴片中的贴片"天线体现了前瞻性的天线设计方法。HP5354.A是一款无源GNSS L1/L5天线，以 35x35x4 毫米的标准尺寸提供双频堆叠贴片性能。通过将第二根天线嵌入第一根天线，Inception将天线高度降低了 50% ，重量也减轻了，使其成为空间有限又对精度和准确度要求较高的GNSS应用的理想解决方案。图1展示了标准堆叠贴片天线与HP5354.A的对比。

正在申请专利的HP5354.A可直接替换单频表面贴装贴片，将物联网设备的定位精度从3米以上提高到1.5米，同时不影响双频L1/L5性能。

天线性能和主要规格

H P 5 3 5 4 . A 的无源峰值增益为2.61dBi，针对GPS L1/L5、北斗B1、伽利略E1和格罗纳斯G1进行了优化，可与市场上的下一代双频GNSS接收器配合使用。图2显示了L1-B1-E1-G1和L5的峰值增益。

图2：L1-B1-E1-G1和L5的峰值增益。

图3：暗室测试装置。

图1：标准堆叠贴片天线与Taoglas Inception HP5354.A的对比。

主要产品规格：频段范围：GPS L1/L5、格罗纳斯G1、伽利略E1/E5a、北斗B1/B2a；频率范围：1160-1610MHz ；最大增益：2.61dBi；相位中心变化(PCV)： <0.02cm ；偏振：右手圆极化（RHCP）。

图3显示了用于测试 7 0 x 7 0 毫米地平面上辐射方向图的Taoglas暗室。图4显示了1176MHz的辐射方向图。1561MHz、1575MHz和1602MHz的辐射方向图可参见产品数据表。

支持行业从L1向L5过渡

资产追踪、智能农业、工业追踪、商用无人机和自动驾驶汽车等应用需要更高的稳定性、弹性和精度。几十年

来，业界一直使用单波段GPS，但L2、L5、L6和L波段等新兴波段为系统设计人员提供了获得更纯净信号、更高增益和厘米级精度的途径。同样的趋势也适用于全球GNSS技术，包括G P S 、格罗纳斯、伽利略、北斗、QZSS、IRNSS和SBAS。HP5354.A采用的L5波段具有更高的信号强度，不易受干扰和电离层畸变的影响，因此与L1信号结合使用时，可以进行更好的误差修正，从而实现更精确的定位。

Inception的独特设计使客多频带L1/L5 GNSS贴片天线集成到设备中，而以前由于高度限制，这种集成是不可能的。HP5354.A仅重16克，可减轻系统整体重量，从而延长某些应用中的电池寿命。

对于汽车和航天等具有严格要求的应用，Taoglas可满足客户各种表面贴装要求，从而在客户的印刷电路板(PCB)上实现非常安全的安装。这种牢固的安装有助于最大限度地减少冲击和振动问题。此外，双馈电设计有助于在天线失谐和/或需要就地调谐的情况下保持圆极化增益。这提高了整个天线带宽的多径抑制能力，从而改善了定时和信号洁净度。它还改善了轴向比带宽，有助于抑制多径信号并提高导航精度。

采用定制的电陶瓷配方

Taoglas表面贴装天线采用定制的电陶瓷配方。这确保了高质量，并可无缝集成到需要高精度GNSS的设备中。Taoglas不使用现成的配方，而是利用内部设计和制造能力来优化其电介质组合，为高可靠性应用提供强大的性能。

天线与支持的产品集成

HP5354.A有三个馈源，两个用于L1波段，一个用于L5波段。TaoglasHC125A混合耦合器可将L1波段的双馈电结合起来，为GPS L1、北斗B1、伽利略E1和格罗纳斯G1等上层星座提供高RHCP增益和最佳轴比。

有源电路需要与天线一起升级到L1/L5。Taoglas TFM.100B L1/L5前端模块可与天线一起设计到设备PCB上，从而收回宝贵的空间，并为设计人员节省长达两年的复杂设计时间。该模块在低频和高频信号路径中均采用SAW/LNA/SAW/LNA拓扑，以防止不必要的带外干扰对GNSS LNA或接收器造成过载。SAW滤波器经过精心挑选和放置，可提供出色的带外抑制能力，同时保持较低的噪声系数。■

图4：1176MHz的辐射方向图。

三面体角反射器增强了测试功能

Pasternack，www.pasternack.comnfinite Electronics旗下Pasternack推出了新型三面体角反射器。这些反射器的三个平面成直角相接，形成一个角结构。这种创新设计可确保有效地将输入信号反射回信号源，因此在各种测试和测量应用中不可或缺。通过优化信号反射和测量精度，这些三面体反射器有望彻底改变雷达和天线测试应用。

雷达截面(RCS)测量是三面体角反射器的主要应用之一。将这些反射器放置在受控环境中，可模拟雷达回波，从而对雷达系统进行精确评估和校准。此外，它们还广泛应用于天线测试，帮助评估和优化天线性能。

角反射器的主要特点包括尺寸小巧，从1.4英寸到13英寸不等，可满足不同雷达目标尺寸的需要。这些反射器具有高RCS，可确保最佳的信号反射率，从而实现精确测量。其坚固耐用的结构和耐用的灰色粉末涂层使其能够经受各种环境条件的考验。

率为 10{-}100GHz ，适用于各种应用。这些反射器经过精密加工，可安装在三脚架上，提供方便安全的安装选项，可无缝集成到测试装置中。■

工作频率达40GHz的矢量信号发生器

AnaPico AG，www.anapico.com

直在提供APVSG系列单通道和多通道矢量信号发生器(VSG)。最近又增加了一项引人注目的新功能：根据脉冲描述字（PDW）生成雷达和电子战（EW）信号。每个PDW可描述一个具有复杂脉冲内调制的单脉冲。用户可以按照AnaPico专用的PDW数据结构离线编译PDW列表，并将其上传到APVSG的内部存储器中，以便在高达40GHz的频率下进行回放和雷达信号生成。多通道、高相位相干APVSG还支持生成多流信号，为雷达天线阵列提供精确的波束角和功率信息。低相位噪声和快速切换等附加功能进一步证明了APVSG适用于这些应用。

此外，AnaPico还开发了专门的固件，可在更短的时间内支持系统级功率和相位校准。相关算法可减少所需的校准点数量，同时达到所需的校准精度。APVSG是一种经济高效的平台，调制带宽为 400MHz ，雷达脉冲重复率高达每秒500,000脉冲。■

超导量子计算机中的微波技术

本书向微波和量子工程师介绍了超导量子计算机的硬件实现。

涵盖量子力学、量子计算和超导量子比特等广泛主题，帮助读者了解超导量子比特的运行。
提供解决量子计算行业实际问题所需的实用技能。
提供使用网络分析仪、频谱分析仪、锁相放大器和纳米制造进行测量的基本知识。
为任何低温微波测量中使用的基本实践和理论概念提供基础。
Microwave Techniques
in Superconducting
Quantum Computers
Author: Alan Salari
ISBN 13: 978-1-63081-987-3
ePub: 978-1-63081-988-0
Publication Date: January 2024
Subject Area: Microwave
Binding/pp: Hardcover/370pp
Price: $144/f114

本书学习目标明确，用最少的理论解释了复杂的概念，是广大微波和量子工程师、技术经理、量子计算公司的技术销售工程师和该领域新手的必备参考书。

欲了解更多，请访问：

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NewProducts 新品橱窗

固定衰减器

Mini-Circuits的BW-W10-05W114+是一款固定的10dB同轴衰减器，频率范围从直流到110GHz。在整个频率范围内，典型衰减为 10 dB±0.7 dB 。它适用于各种系统和测试应用，可处理高达0.5W(+27dBm) 的功率。典型驻波比在60GHz时为1.30:1或更高，在整个频率范围内为1.70:1或更高。配备 1.0mm 公头和1.0mm 母头同轴直连接器。

www.minicircuits.com

同轴耦合器

Mini-Circuits的ZCDC10-K0144-1+

是一款10dB定向耦合

器，可处理1至40GHz范围内的19W功率。耦合平坦度通常在±0.8dB内，指向性达到16dB或更高。该耦合器采用2.92mm 母头连接器，主线插入损耗在18GHz时通常为1.3dB，在40GHz时通常为2.2dB，回波损耗在40GHz时通常为22dB。它是5G、卫星通信和测试应用的理想选择。

www.minicircuits.com

超宽带功率分配器/合成器

迈可博的2路功率分配器/合成器P02N003500可将0.3\~50GHz的1路输入信号转变为2路幅度、相位相同的输出信号。极宽的工作带宽和极佳的驻波比(1.6:1 Max.)、插入损耗(5.8dB Max.)、隔离度(16dB Min.)以及幅度/相位平衡(± 0.5dB/±7° °Max.)，使其成为5G、测试测量、仪器仪表等应用的理想选择。

6 ± 4 . 5 ~ 9 . 5 ~d~B~ 和10±8.5~12.5dB ，最大驻波比：1.60，连接器形式：

1.0mm (M, F)。适用于需要精确降低功率电平或优化电路匹配的应用场景。配合小功率计、综合测试仪或频谱分析仪，可精准测量射频微波发射机的功率或频谱。

www.shx-sh.com

多端口同轴连接器

雷迪埃全新研发的CoaxHD是专为测试测量市场定制的高密度、高可靠性、高重复性的多线解决方案。可实现免工具安装，支持单独替换故障线缆。目前有70GHz、8通道集成式方案，可满足112Gbps和224Gbps的测试需求，具有高达约1000次的插拔寿命。

www.radiall.com.cn

带ESD防护的低噪声放大器

矽磊的SW010003E是一款基于先进

GaAs工艺制成的高性能低噪声放大器，在DC-3GHz的频率范围具有良好的小信号增益平坦度和带内噪声系数，同时作电流 175mA ，得益于产品内部匹配设计，在应用时仅在外部添加隔直电容和去耦电容即可。该系列具有高效率、小体积和高可靠性等特点，可广泛应用于天通、遥测和数据链等系统。

www.bonray.com.cn

驱动放大器

博瑞集信的B R 9 2 1 3 F P J 、

www.micable.cn

B R 9 2 1 4 F P J 和BR9215FPJ驱动放大器分别覆盖 1.8 {-}6.2 GHz 、

4-6GHz和 3.5{-}8.5GHz ，增益26dB，饱和输出功率0.5-1W。采用 +5V 单电源供电，静态工作电流 180mA ，得益于产品内部匹配设计，在应用时仅在外部添加隔直电容和去耦电容即可，便于系统应用。该产品具有高增益、小体积和高可靠性等特点，可广泛应用于电子对抗、点对点通信、数据链等系统。

GaN功率放大器

集成ESD防护设计，具有优秀的防静电和抗大功率输入能力。该芯片主要应用于雷达、通信、侦测等领域，并提供裸片和DFN2x2塑封两种产品型态，以满足多样化的项目应用需求。

www.siliconwave.com.cn www.bonray.com.cn

中电宏业推出了4款氮化镓功率放大器：ZDN8044/ZDN8045，陶瓷封装，

新一代Matter™解决方案

Qor vo推出面向智能家居设备的全新片上系统解决方案Q P G 6 2 0 0 L 。该款下一代物联网解决方案采用Q o r v o 独有的ConcurrentConnect™技术，将Matter™、Zigbee®和低功耗蓝牙®的多网络支持与卓越的能效结合在一个可扩展的交钥匙解决方案中。QPG6200L旨在应对当今快速演变的智能家居环境所带来的严峻挑战，确保跨多个无线标准实现无缝通信与互操作性。

cn.qorvo.com

推拉式快插SMA微波电缆组件

迈可博的高性能推拉式快插SMA微波电缆组件采用推拉式卡爪结构，可实现快速连接与分离，同时结构稳定可靠，具有与常规SMA同等优异的电气性能，电压驻波比<1.25@18GHz，适合产线快速测试与移动式设备连接使用。

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同轴固定衰减器

上海华湘的1.0TS05-110同轴固定衰减器的平均功率可达0.5W，频率范围DC-110GHz，衰减值及精度： 3±2.0~6.0dB 、

超宽带，覆盖DC-6 G H z ，2 8 V 电压，支持连续波应用，功率分别是30W和50W，效率

高达 55% ；ZDN603/ZDN6112，塑封，高性价比，覆盖DC-3GHz，28V，支持连续波，功率为30W和 100 W ，效率高达 70% 。这4个型号可满足反无系统对带宽、功率、效率、性价比的苛刻要求。

www.cemaxrf.com

25W内匹配功率放大器

博瑞集信的BRGF024025PHG、B R G F 0 3 5 0 2 5 P H G 氮化镓内匹配功率放大器分别覆盖1.9-2.4GHz和2.7-3.5GHz ，饱和输出功率30W，PAE达到60% 。采用 +28V 漏极电源供电，静态工

面向DOCSIS4.0的24V功率倍增器

Qorvo推出面向DOCSIS 4.0宽带和有线电视的24V功率倍增放大器QPA3390。该款全新1.8GHz表面贴装模块带来卓越的效率和性能，且尺寸比传统混合解决方案缩小 30{-}40% ，非常适合空间受限的应用场景。得益于先进的GaAspHEMT和GaN HEMT技术，QPA3390在1794MHz频率下提供23dB的增益，并具有卓越的线性度。它具备出色的回波损耗性能和低噪声。

cn.qorvo.com

25GHz实时示波器

Pico Technology推出可在四个通道上提供令人印象深刻的25GHz带宽的PicoScope 9404A-25高性能示波器。

该示波器配有频率高达18GHz的高速内部触发器，具有500MS/s的实时采样率，能够捕捉较低频率的非重复性信号或瞬时事件。对于更高速度的重复性信号，它使用的是随机等效时间采样，可以实现高达5TS/s的有效采样率。

www.picotech.com

PXIe单槽嵌入式控制器

品英Pickering推出新一代PXIe单

槽嵌入式控制器，是P X IE x p r e s s 平台上最紧凑且功

能强大的3U单槽控制器，性能比前代产品提高了两倍。新控制器集成第11代英特尔Xeon处理器、64GB DDR4内存和2TB固态硬盘，最大系统吞吐量可达28GB/s，支持高带宽测试应用。Pickering还提供一站式解决方案，包括机箱、控制器、模块及电缆，简化采购和集成过程。

www.pickeringtest.com

75-100GHz分谐波混频器

俊知毫米波的W波段分谐波混频器

FCH-10251215可以实现75-100GHz的射频和DC-12GHz的中频之间的上下频率变换，需要的仅是RF/3的23-28GHz低频LO和5-15V@110mA的直流偏置。射频口是WR-10波导，本振口是 2.92mm(F) ，中频口是SMA(F)。16dBm本振驱动下的典型变频损耗是15dB。混频器可用于频谱仪扩频测量以及其他大量W波段变频应用。

http://mmw.trigiant.com.cn

小型、低功耗蜂窝物联网解决方案

Nordic Semiconductor推出了的小型、低功耗的系统级封装(SiP)产品nRF9151及其配套开发套件(DK)。nRF9151是完全集成并带有应用MCU的预认证SiP，可用于广泛的应用开发或作为单独的蜂窝调制解调器使用。这简化了工业自动化、资产跟踪、智慧城市、智能计量和智慧农业等各个大规模物联网市场中各种可扩展产品的开发和部署。

www.nordicsemi.com

智能GNSS UDR天线

Tallysman的TW5386智能GNSS

UDR天线是智能、多频段 (L1/L2)、多星座、集成式全球导航卫星系统(GNSS)天线，具备惯性测量单元和实时动态定位(RTK)功能。TW5386能够提供小于1米的独立精度和小于10厘米的RTK校正精度。TW5386采用多波段u-blox ZED-F9R GNSS接收机，具有更强的抗噪能力，并可通过扩展星座阵列实现高可靠性计时。

经销：贸泽电子 www.mouser.cn

无线充电接收和发射线圈

Vishay推出采用铁粉材料的4款无线充电发射和接收线圈，耐潮能力高达 90% 相对湿度，其特殊的屏蔽涂层提供优异的环境保护。适用于功率为30W

的工业、医疗和消费电子应用，工作温度达 +105 °C ，占位面积比上一代器件和竞品解决方案减小 \it{125%} 。此外，线圈背部采用高饱和度铁粉，不受铁氧体解决方案常见的温度波动和电感陡降的影响。

www.vishay.com

博瑞集信 (西安) 电子科技股份有限公司

BONRAY(XI'AN)INTEGRATEDINFORMATIONELECTRONICSTECHNOLOGYCO.,LTD.

博瑞集信是一家国内领先的自主可控核心芯片和特种通信设备提供商。公司主营产品为采用GaAS、GaN、CMOS等工艺制作的微波射频芯片和数模混合芯片,旨在成为射频微波领域先行者！

微波毫米波系列产品简介

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系列产品包括低噪声放大器、增益放大器、驱动放大器、射频开关、数控衰减器、数控移相器、混频器、限幅器、均衡器、压控振荡器等，可提供完整的产品及应用解决方案。

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》覆盖C、X、Ku、K、Ka等频段》品类全、性能优、可靠性高》可提供裸片、塑封、陶封等不同形态》可提供整套射频微波链路解决方案

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