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高线性度U波段功率放大器设计：新型交调点分析方法 Research Article

崔杰,李佩佩,盛卫星

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第1期页码 176-186 doi: 10.1631/FITEE.2200082

摘要：功率放大器的线性度决定了通信系统的信号发射质量与系统的发射效率。非线性失真会导致系统误码、带外辐射以及临近信道干扰，严重影响着通信系统的质量和可靠性。论文从毫米波功率放大器的三阶互调点入手，对电路的非线性进行补偿。介绍了基于格罗方德（GlobalFoundries） 45 nm绝缘体硅工艺的AB类线性毫米波功率放大器（PA）的分析、设计和测试情况。设计了三种工作在U波段的基于共源共栅和三管堆叠单元结构的单端和差分堆叠功率放大器。根据非线性分析和在片测试结果对比，发现基于三管堆叠单元的设计要优于基于共源共栅单元的设计。使用单端测量方法设计的差分功率放大器在44 GHz时实现了47.2%的峰值功率附加效率（PAE）和25.2 dBm的饱和输出功率（Psat）。该放大器在44 GHz至50 GHz的工作带宽内实现了Psat高于23 dBm和峰值PAE高于25%的性能。

关键词：绝缘体硅；线性分析；毫米波；功率放大器

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面向大规模MIMO系统的高效功率放大器及其线性化技术综述 Review Articles

Xin LIU, Guan-sheng LV, De-han WANG, Wen-hua CHEN, Fadhel M. GHANNOUCHI

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第1期页码 72-96 doi: 10.1631/FITEE.1900467

摘要：为适应数据传输速率的爆炸性增长以及大规模多输入多输出（mMIMO）技术的应用，业界开发了高效率功率放大器（PA）和相关线性化技术。本文根据5G系统的两个核心频段——sub-6 GHz和毫米波（mmWave）——的特点，对高效率集成化的Doherty功放单片微波集成电路（MMIC）和线性化技术进行了综述，比较和分析了不同半导体工艺和架构下的高效功放设计思路由于5G协议尚未最终确定，大规模MIMO系统中的功放规范仍在考虑中，有必要研究新的设计方法以进一步提高其效率和线性性能。此外，数字预失真线性化技术需要发展，以适应大规模MIMO系统，并且需要一些创新的线性增强技术来同时提高补偿精度和降低功耗。

关键词：高效节能；线性化；大规模多输入多输出（mMIMO）；单片微波集成电路（MMIC）；功率放大器

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17–26.5 GHz 42.5 dBm宽带高效率GaN功率放大器设计 Correspondences

黎明1,2,李智群1,3,郑权2,蔺兰峰2,陶洪琪2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第2期页码 346-350 doi: 10.1631/FITEE.2000513

摘要：提出一种在微波频段具有宽带、高效率的氮化镓（GaN）功率放大器。该功率放大器采用0.15 μm栅长GaN-HEMT工艺，其工作频段可以覆盖整个K频段，即17–26.5 GHz。为获得更好的输出功率和功率附加效率（PAE），根据晶体管的性能，设计了最优前后级驱动比和最佳晶体管尺寸，并采用宽带低损耗电路拓扑结构，实现宽带高效率设计。同时，将谐波控制结构巧妙地集成到驱动级匹配电路中，提升高频效率，确保整个频段内获得较高功率附加效率。该功率放大器采用三级放大拓扑结构，在连续波条件下，测试结果表明，在17–26.5 GHz频带范围内饱和输出功率超过42.5 dBm，平均PAE为30%，在19.8 GHz时PAE达到最大，为32.1%，输出功率平坦度优于1.0 dB。

关键词： K波段；高效率；宽带；氮化镓（GaN）；功率放大器

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一种扩展非对称Doherty功率放大器输出功率回退范围的新方法 Research Article

李明玉1,程小兵1,代志江1,钟康1,蔡天赋1,黄超意2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第3期页码 470-479 doi: 10.1631/FITEE.2200250

摘要：提出一种扩展Doherty功率放大器（DPA）输出功率回退（OPBO）范围的新方法。研究表明，可以通过峰值路功放的输出阻抗来调整和改变载波功率放大器输出匹配网络的相位，来扩大DPA的输出功率回退量。基于此理论，设计了一个工作频带为1.55—2.2 GHz（35%相对带宽）、具有大输出功率回退范围的高效率非对称DPA，通过这一例子来验证所提方法的有效性。

关键词： Doherty功率放大器；输出功率回退；输出阻抗；网络相位

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基于变压器CMOS超宽带毫米波电路分析与设计综述 Review Articles

Yi-ming YU, Kai KANG

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第1期页码 97-115 doi: 10.1631/FITEE.1900491

摘要：近年来，由于大量毫米波无线应用的产生，具有更强通用性的宽带毫米波电路和系统引起广泛关注。总结了4种基于片上变压器结构超宽带毫米波电路的理论分析、设计方法和综合性能。其一为毫米波低噪声放大器，采用基于变压器的跨导增强和极点调谐技术；通过采用这两种技术，该电路同时实现了较大工作带宽、低噪声系数和良好功率增益。其二为毫米波注入锁定三倍频器，采用注入电流增强技术，有效拓展了倍频器的锁定带宽。进一步，采用类似注入锁定技术结合变压器高阶谐振腔方案，实现了一款超宽带毫米波注入锁定分频器。最后，介绍了一款E波段上混频器，其采用两路跨导并联结构和基于变压器的多极点负载，实现了优异线性度和较大工作带宽。

关键词：硅基集成电路；毫米波；超宽带；变压器；低噪声放大器；倍频器；分频器；混频器

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带状态反馈控制的概率布尔网络上基于互模拟的稳定性研究 Research Articles

Nan JIANG, Chi HUANG, Yao CHEN, Jürgen KURTHS

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第2期页码 268-290 doi: 10.1631/FITEE.1900447

摘要：研究具有状态反馈控制的概率布尔控制网络。为降低计算复杂度，定义一种新的互模拟概率布尔控制网络。为更好理解概率布尔控制网络之间的互模拟关系，使用一种半张量积的强大矩阵运算。由于网络稳定至关重要，考虑互模拟概率布尔控制网络之间的1-概率稳定传播，并证明可行性。如果两个概率布尔控制网络之间匹配互模拟关系，则它们的过渡阶段（实现稳定的最大步骤数）被证明相同。之后，将结果推广到概率布尔网络。

关键词：硅基集成电路；毫米波；超宽带；变压器；低噪声放大器；倍频器；分频器；混频器

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基于有源耦合矩阵的一种微带直接耦合式滤波放大器 Research Articles

高杨1,张帆2,乔莹莹1,臧家伟3,李磊1,商小邦4

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第9期页码 1260-1269 doi: 10.1631/FITEE.2000292

摘要：提出一种基于有源耦合矩阵的微带集成滤波放大器的设计理论。通过消除匹配结构，微带滤波器可直接与放大器耦合，同时实现滤波和匹配功能。通过引入附加的行和列表示有源晶体管，该放大器的拓扑结构可用耦合矩阵综合和表达。该有源耦合矩阵可用于计算S参数（回波损耗和增益）和集成器件的初始物理尺寸。该集成设计方法有效降低了电磁波损耗，并且使器件结构更为紧凑。由于微带线易加工、低成本、易于与有源器件集成等优点，本文设计、加工并测量了基于微带线工艺的X波段放大器。

关键词：放大器；滤波–放大器集成；微带线；耦合矩阵

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硅及硅基半导体材料中杂质缺陷和表面的研究

屠海令

《中国工程科学》 2000年第2卷第1期页码 7-17

摘要：

随着超大规模集成电路设计线宽向深亚微米级（＜0.5μm）和亚四分之一微米级（＜0.25μm）发展，对半导体硅片及其它硅基材料的质量要求越来越高，研究上述材料中各种杂质的行为，控制缺陷类型及数量文章阐述了深亚微米级和亚四分之一微米级集成电路用大直径硅材料中铁、铜金属和氧、氢、氮非金属杂质元素的行为，点缺陷及其衍生缺陷的本质与控制方法，硅片表面形貌、表面污染与检测方法的研究热点。同时还介绍了外延硅、锗硅及绝缘体上硅（SOI）等硅基材料的特性、制备及工艺技术发展趋势，展望了跨世纪期间硅及硅基材料产业发展的技术经济前景。

关键词：硅片硅外延片锗硅绝缘体上硅杂质行为缺陷控制表面质量

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基于Laplacian特征映射的被动毫米波目标识别

罗磊,李跃华,栾英宏

《中国工程科学》 2010年第12卷第3期页码 77-81

摘要：

针对传统被动毫米波金属目标识别方法中特征提取、选择的缺点，采用Laplacian特征映射流形学习算法发现了金属目标回波信号短

关键词：流形学习 Laplacian特征映射非线性降维低维流形毫米波

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用于超导纳米线单光子探测器的宽带超低温放大器 Research Article

李连鸣1,2,何龙2,吴旭1,2,牛晓康1,万超2,康琳2,3,贾小氢2,3,张蜡宝2,3,赵清源2,3,涂学凑2,3

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第12期页码 1551-1684 doi: 10.1631/FITEE.2100525

摘要：为有效读出超导纳米线单光子探测器（SNSPD）输出信号，提出一种基于0.13 μm SiGe BiCMOS工艺的低功耗无电感宽带差分超低温放大器。为解决缺少超低温器件精确模型的问题，结合并联—并联反馈和电容耦合超低温放大器结构，通过详细理论分析和仿真，确定了放大器增益与电路可调设计参数间的关系，提高了设计和优化的灵活性，从而实现所需增益。为实现工作频率范围内端口阻抗平坦特性，采用RC并联补偿结构，有效提高了放大器闭环稳定性，并可抑制放大器过冲问题。给出室温（300 K）和低温（4.2 K）下S参数和瞬态性能测试结果。在良好输入输出阻抗匹配下，该放大器在300 K温度下3 dB带宽为1.13 GHz，增益为21 dB。在4.2 K温度下，该放大器增益可在15～24 dB范围内调节，其3 dB带宽为120 kHz～1.3 GHz，功耗仅3.1 mW。去除芯片外围焊盘，该超低温放大器芯片核心面积仅为0.073 mm2。

关键词：超低温放大器；宽带放大器；超导纳米线单光子探测器

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车地通信中定向毫米波传播的实证研究

刘希晨,杨霖,余代中

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第4期页码 503-516 doi: 10.1631/FITEE.2000464

摘要：毫米波频段由于其较广的带宽和丰富的频率资源而受到越来越多的关注。然而毫米波通信系统的设计高度依赖于各种环境下的无线信道特性；因此，有必要对不同场景下毫米波信道进行研究。现有的对于长距离传输中毫米波的通信信道特性的研究较为缺乏。本文基于信道实测数据研究了在1900米的长传输距离下41 GHz毫米波的车地通信的信道特征，为今后长距离传输下车地毫米波系统设计提供了研究基础。41 GHz毫米波通信信道收发器数字基带由模数转换器AD6688、数模转换器AD9163、两个XC7VX690T FPGA和ZYNQ7045芯片组成，在接收机的射频前端使用AD8362芯片记录RSSI值采用高增益10°半功率波束宽度(HPBW)的定向喇叭天线。利用天线增益高的优点，毫米波探测器能够在长距离传播引起的高信号衰减后检测到毫米波信号。

关键词：毫米波；两径模型；均方根时延扩展；功率延迟分布；CI-TRH路径损耗模型

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带有天线选择的混合精度ADC多小区大规模MIMO毫米波系统的性能分析和功率优化

周涛,陈贵潮,王承祥,章嘉懿,刘留,梁逸群

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第4期页码 571-585 doi: 10.1631/FITEE.2000509

摘要：大规模MIMO和毫米波是5G的两个关键技术。采用毫米波频段进行通信的问题是路径损耗大、穿透能力差等。本文针对大规模MIMO和毫米波存在的问题，提出一系列解决方法，为大规模MIMO和毫米波的实际应用提供了一定的理论基础。在多小区大规模MIMO毫米波系统中，发送端和接收端均采用了模数混合波束成形技术以克服毫米波频段带来的路径损耗问题，并通过减少用户和基站端射频链的数量降低终端的成本和功耗。速率计算结果表明：（1）在混合精度ADC架构下，无限增加用户的发送功率会使上行可达速率趋于一个定值；（2）采用全精度ADC替代混合精度ADC架构且基站端天线数目趋于无穷大，可达速率不会趋于无穷大，而会趋于一个与毫米波信号多径数目有关的定值；（3）当射频链和毫米波信号多径数目与基站端天线数目成正比，用户发送功率与基站端天线数目成反比且基站端天线数目趋于无穷大时，用户可达速率会趋于一个定值。

关键词：毫米波；大规模多输入多输出；混合模拟-数字转换器；性能分析；天线选择

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毫米波调频步进雷达运动补偿方法研究

王桂丽,李兴国

《中国工程科学》 2008年第10卷第7期页码 184-187

摘要：

　毫米波调频步进（chirp-step frequency ， Chirp-SF）雷达是一种距离高分辨率雷达，但是存在严重的距离速度耦合问题

关键词：毫米波雷达调频步进多普勒运动补偿

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毫米波系统中的通信定位一体化技术

杨杰1,徐靖1,李潇1,金石1,高波2,3

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第4期页码 457-470 doi: 10.1631/FITEE.2000505

摘要：本文解释了毫米波系统中的通信定位一体化技术，该技术共享同一套硬件架构和算法体系；阐述了基于超大规模天线阵列和模型驱动神经网络的通信定位一体化技术；并为定位辅助的毫米微波通信提出全面的指导。因此，通过信道估计获得的信道状态信息（CSI）不仅是通信的基础，也含有发射端、接收端和周围散射体的位移和移动的附带信息。毫米波系统中的通信定位一体化是基于CSI或CSI相关参数的。毫米波通信系统中的定位旨在基于基站或锚节点发送或接收的一组无线参考信号，估计用户设备或代理节点的位置、速度和方向以及可能的散射体。通过复用毫米波通信的基础设施来部署定位既方便又划算。毫米波频段的电磁特性决定了毫米波通信的高方向性。因此，位置信息（包括速度）与毫米波通信的各个方面有关，例如自由空间路径损耗、多普勒频移、信道质量、波束方向、阻塞和干扰水平。当前的毫米波通信系统是为无线通信而非定位应用而设计的。因此，通过毫米波通信和定位一体化系统的高吞吐量通信和高精度定位需要额外的研究，包括硬件不理想特性、通信和定位层的交互设计、跨设备信息的融合等。

关键词：毫米波；通信定位一体化；位置辅助通信；超大规模天线阵列；可重构智能表面；人工智能；神经网络

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基于电感和变压器跨导提升技术、噪声系数为3.2 dB、带宽为9.8–30.1 GHz的CMOS低噪声放大器

陈宏尘1,朱浩慎1,吴亮2,车文荃1,薛泉1

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第4期页码 586-598 doi: 10.1631/FITEE.2000510

摘要：因此，位于接收机前端的第一个有源模块——低噪声放大器——起着非常关键的作用。但是，当频率上升到毫米波段时，由于寄生效应影响变大，高性能的宽带低噪声放大器设计面临着诸多挑战。本文通过基于电感和变压器的跨导提升技术，研制一款宽带的高性能毫米波低噪声放大器。使用台积电（TSMC）65 nm CMOS工艺流片并测试，这款低噪声放大器最低噪声系数仅为3.2 dB，带宽高达20.3 GHz，适用于5G毫米波收发系统。在第二级放大器引入变压器后等效跨导随耦合系数变化，可以看到，当耦合系数为0时，等效跨导最低，随着耦合系数增大，等效跨导提升。本文提出的宽带毫米波低噪声放大器经台积电65纳米CMOS工艺流片加工。由此可见，由于采用了基于电感和变压器的跨导提升技术，该毫米波低噪声放大器在带宽、增益和噪声系数方面表现优异，适用于5G毫米波收发系统。

关键词： CMOS；跨导提升技术；低噪声放大器；变压器；共栅级