MEMS E类放大器

对采用MEMS开关的E类放大器进行了原型仿真,并且通过工艺流片制作MEMS开关,搭建E类放大器电路进行测试.测试结果显示,这种机械式的放大器同样能实现有源放大器的功能.测试得到的放大器实际效率与原型模拟结果一致,而放大器的功率增益高达2000.     

DCDC—20GHz射频MEMS开关

描述了 DC— 2 0 GHz射频 MEMS开关的设计和制造工艺 .开关为一薄金属膜桥组成的桥式结构 ,形成一个单刀单掷 (SPST)并联设置的金属 -绝缘体 -金属接触 .开关通过上下电极之间的静电力进行控制 ,其插入损耗及隔离性能取决于开态和关态的电容 .测试结果如下 :射频 MEMS开关驱动电压约为 2 0 V,在“开”态下 DC— 2 0 GHz带宽的插入损耗小于 0 .6 9d B;在“关”态下在 14— 18GHz时隔离大于 13d B,在 18— 2 0 GHz时隔离大于 16 d B.本器件为国内首只研制成功的宽带射频 MEMS开关     

多晶硅衬底上的RF MEMS开关

在微机械开关与硅IC工艺设计和兼容方面进行了改进,获得了一种可与IC工艺兼容的RF MEMS微机械开关.采用介质隔离工艺技术把这种RF MEMS微机械开关制作在绝缘的多晶硅衬底上,实现了与IC工艺兼容;采用在金属膜桥的端点附近刻蚀一些孔的优化方法,降低了RF MEMS微机械开关的下拉电压.用TE2819电容测试设备测试开关的电容,测得开关的开态电容、关态电容和致动电压分别为0.32pF、6pF和25V.用HP8753C网络分析仪对RF MEMS微机械开关进行了RF特性测试,得出RF MEMS微机械开关在频率1.5GHz下关态的隔离度为35dB,开态的插入损耗为2dB,用示波器测得该开关的开关速度为3μs.     

E类高频功率放大电路的分析

本文对 E 类高频功率放大电路进行了较详细的理论分析,并得到了对电路设计和调整有用的资料。1.引言 E类放大器是开关式放大器的一种,它的优点是:(1)集电极电流的上升与电压的下降不同时出现;(2)电容器与晶体管并联连接。这种电路有利于实现大功率中波广播     

高隔离度宽频段组合式RF-MEMS开关的设计

接触式与电容耦合式两类RF MEMS开关各自在一定的频段内,都具有较高的隔离度,但仍然很难满足微波控制系统中对高隔离度的要求.为了获得全波段高隔离度RF MEMS开关,单元开关很难达到要求,在此目标要求下,提出了组合式RF MEMS开关的设计,分别利用HFSS软件对各单元进行结构参数优化,再将两者集成在一起,得到的组合式RF MEMS开关,这种组合式开关在0～20 GHz时隔离度都高于-60 dB,在(≤5 GHz),隔离度高于-70 dB,这是一般单元开关及其他半导体固态开关所无法企及的,而且,在DC～20 GHz范围内,开关的插入损耗小于-0.20 dB,而且并没因隔离度的提高,牺牲了插入损耗.     

用于MEMS惯性器件的低噪声读出电路设计

给出了一种用于MEMS惯性器件的低噪声读出电路设计,针对MEMS惯性器件大多采用电容量输出等特点,设计了一个低噪声运算放大器,利用该运放,设计了一种基于开关电容的电荷转移电路来将电容量转换为电压量,以便后续电路处理.采用了相关双采样(CDS)技术,较大地减少了电路和MEMS惯性器件的1/f噪声、热噪声,抑制了零漂.采用HHNEC 0.35 μmCMOS工艺制造,面积为1 mm×2 mm,与MEMS器件封装在一起,并进行了实际测试,结果表明,该读出电路基本满足要求,并具有较低的噪声.     

高效率E类放大器(续)

(接上期第44页) 3 E类放大器设计与特性分析 1977年F.H.Raab[1,2]提出分析E类放大器的最佳工作条件的方法,其后也不断有分析、设计E类放大器的新方法.但这些方法也存在种种缺点[14,23],诸如未考虑最佳工作条件、优化算法耗时费力、算法的不收敛性以及对输出功率等电路参数不可控制等. 1994年,C.H.Li与Y.O.Yam[26]提出了简便易行的基于分析的电路参数设计方法以及一种新的分析方法,文献[40]又加以改进,并取得了理论值与实验值相吻合的结果,说明这种设计分析方法是合理的.这种方法的优点是在给定频率、输出功率、电源电压等参数后,用电路参数设计方法可设计出最佳工作条件下的放大器的电路元件值,并可计算此时的主要工作波形诸如输出电压、开关管(电路中的晶体管工作时处于开关工作状态,以下称为开关管)电压、电流,以及放大器效率、输入功率、输出功率、损耗功率等结果.     

电容式MEMS开关中弹性膜应力对驱动电压的影响

详细分析了多种参数对 MEMS电容式开关驱动电压的影响 ,包括材料选取和工艺参数变化 ,并对驱动电压理论值进行计算。利用表面微机械加工技术在硅衬底上实现了电容式开关 ,测试结果表明采用 Al0 .96 Si0 .0 4弹性膜和厚胶牺牲层工艺能获得适中的剩余应力释放 ,微桥应力约为 10 6 N/m2 ,这为获得较低的开关驱动电压提供了可能。对长 1m m的 MEMS开关 ,当弹性膜厚为 0 .5μm,桥高为 3μm、桥宽为 30 μm、桥长为 2 50 μm时获得了 2 5V的驱动电压 ,S参数测试表明该电容式开关 1～ 4 0 GHz频段内的插入损耗低于 1d B。     

高线性度低功耗的4阶开关电容低通滤波器

介绍了一种应用于传感器的高线性度低功耗全差分4阶贝塞尔开关电容滤波器.该滤波器的运算放大器为输出AB类运算放大器,通过AB类运算放大器以及开关电容共模反馈的设计,降低了功耗.在运算放大器中设计了线性跨导环,并通过对电路的拓扑结构进行优化,提高了滤波器的线性度.测试结果表明,在采样频率为1 MHz下,该滤波器的截止频率为10.05 kHz.在输入信号频率为1 kHz,输出信号的总谐波失真(THD)为-89 dB(摆幅为2 V),功耗为5.54 mW,达到了高线性度、低功耗的设计要求.     

MEMS开关辐照实验研究

进行了MEMS开关的辐照试验,并对结果进行了分析。所述的MEMS开关采用单晶硅悬臂梁结构实现金属电极接触,工作电压小于50V,最大工作频率大于10kHz。进行了中子辐照和γ辐照实验,其中中子注量为2.73×1013cm-2,γ总剂量为50krad(Si)。并通过对MEMS开关辐照前后性能的测试,获得了辐照对MEMS开关性能影响的实验数据。结果表明,在辐照剂量大于10krad(Si)时MEMS开关性能有明显变化。借鉴国外的相关研究成果,对MEMS器件的辐照失效机理进行了初步分析。     

基于RF MEMS开关的新型双频带功率放大器

RF MEMS开关具有低损耗、低功耗、尺寸小和易于集成等优点而被广泛应用于各种可重构射频电路及系统中。通过分析比较电容并联式和串联式RF MEMS开关两种电路结构的射频性能,设计了一种基于RF MEMS开关的新型功率放大器,使用RF MEMS开关控制匹配网络来实现双工作频带的转换。结果表明,设计的功率放大器在2.35GHz和1.25GHz两个工作频带下,功率附加效率(PAE)和输出功率(Pout)可分别达到72%、67%及40.8、42.7dBm。该功率放大器具有较高的功率附加效率和输出功率,适用于多频带的射频系统,对RF MEMS器件在可重构系统中的应用具有一定参考价值。     

一种宽禁带器件的高效E类功率放大器设计

E类功率放大器是一种新型高效率放大器,属于开关模式功率放大器,其理论效率可以达到100%。可用于雷达、通信和电子对抗等领域的末级功率放大器,是系统高效率、高功率和小型化功率放大器的重要途径。通过分析其工作原理,设计了一款L波段高效E类功率放大器,输出功率大于10 W,实际漏极效率达到74.8%。     

A MEMS reconfigurable matching network for a class AB amplifier

This letter presents the design of a reconfigurable amplifier with an adaptive matching network implemented by shunt MEMS switches. In particular, the MEMS switches are used as capacitive stubs in double-stub matching circuit designs. The effective capacitance of the switches can be varied by switch activation which results in a change of the matching configuration. The RF response of the adaptive matching network is studied and the power performance of the amplifier is presented.     

基于MEMS开关的ET OFDM高效率PA设计

本文研究了基于MEMS开关的ET结构OFDM功率放大器,采用预失真功率放大器的结构可提高功率放大器效率。分析OFDM的发射标准,利用低损耗,高隔离度的MEMS开关来实现ET结构电压选择。利用GaN HEMT（Heterostructure Field—Effect Transistors）RF3821晶体管建立了基于MEMS开关的ET结构的PA模型,进行了实际电路设计,并利用了ADS软件进行仿真分析,输入1W的OFDM信号时,漏极效率为52％,EVM约为2．94％,输出功率为50W,增益为13dB．该功率放大器完全可以应用于OFDM系统中。     

可重构多波段功率放大器设计与研究

为满足现代无线通信系统对多模式多制式功放的要求,提出了一种基于谐波抑制且双开关控制的可重构多波段功率放大器设计方案。利用单刀单掷PIN开关调节输入匹配网络中的可变电容,实现了三个频段处输入匹配网络的自由切换;利用单刀三掷开关控制带有谐波抑制的三路输出匹配网络,功放可工作在三个频段并提高了整体效率。为验证上述方案的可行性,采用型号为CGH40010F的GaN晶体管设计了一款工作在1.75 GHz、2.1 GHz和2.6 GHz的可重构功率放大器。制作了实物并测试,测试结果表明,在三个频段处功放的增益均大于10.2 dB,效率大于41.5%,输出功率约为38 dBm。满足基站对功放多模式多制式的要求,为无线系统模块设计提供了一种新颖的功放结构。     

一种双波段MEMS低噪声放大器设计

本文利用一种MEMS电容式开关并联实现双波段2．1GHz／4．6GHz微机械低噪声放大器。根据MEMS电容开关的电容特性,实现LNA电路匹配阻抗的变化、在不同的波段实现谐振匹配,从而实现双波段分别放大的功能。首先提出一种电容式开关的设计,理论、仿真分析了开关的特性,开关在2．21GHz和4．8GHz具有良好的插入损耗和隔离度、插损为2．2dB左右,隔离度达到30dB以上。其次将开关引入于基于Casoode放大管的LNA电路中、和CMOS电路具有很好的兼容性,设计了LNA的电路模型和仿真分析、分析结果表明,在频率为2．21GHz时、增益达到11．4dB,4．8GHz时、增益达12．5dB,二波段隔离度在30dB以上、噪声在4．1dB左右,该研究方法和设计克服了普通双波段LNA需要两路单独电路的缺点,该器件可应用在Wimax,WiFi等3．5G、4G无移动通信网络中。     

A 24-GHz Patch Array with a Power Amplifier/Low-Noise Amplifier MMIC

This paper presents an active patch array designed at 24 GHz. It can be used as a front-end component for a phased array. A series resonant array structure is chosen which is compact and easy excite. With 5 elements, the array proved a 12-dB antenna gain. A power amplifier and a low noise amplifier are designed on a single GaAs chip (PALNA). Bias switch is used in the PALNA, which greatly reduces the switch loss in a transceiver and increases the efficiency. 20-dB small signal gain is achieved in both power amplifier and low noise amplifier. The active patch array is built by the combination of the patch array and PALNA. The measured active gain of this antenna is 35-dB for the PA mode and 31-dB for the LNA mode. This active patch array can obtain an EIRP of 34 dBm with a total radiated power of 22dBm and a maximum PAE of 32%. To check the noise performance, we applied sources at both normal temperature and 77K (liquid nitrogen) and extracted the noise figure (3.5 dB) of the active antenna by the Y factor method. The results proved that the active antenna is working efficiently as both a transmitting and receiving antenna.     

Design and analysis of a high efficiency linear power amplifier

A high efficiency linear power amplifier is introduced based on the idea of Switch-Linear Hybrid (SLH) power conversion. The SLH power amplifier developed from the conventional class B power amplifier, while the class B configuration power unit in the SLH power amplifier is fed by a dynamic switching power supply, not the usual constant DC power supply. Thus, the efficiency of the class B configuration power unit in SLH power amplifier can be greatly improved. By combining linear power amplifier with switching power supply, the SLH power amplifier has synthetic performance of high fidelity, high efficiency and excellent dynamic characteristics. In this article, analysis of SLH power amplifier is performed, especially focusing on its linear power unit which is the core of SLH power amplifier. Design considerations are also presented parallel with the analysis. Both the theoretical analysis and experimental results verify the validity of SLH power amplifier.     

A High-Gain, 28GHz, 200kW Gyroklystron Amplifier

A design study of a high efficiency/gain gyroklystron amplifier is performed to demonstrate amplified radiation power of 200kW operating at 28GHz. A key design feature of the present gyroklystron amplifier is that the amplifier is designed to be high gain so that it can be saturated by a low power solid state power amplifier. A non-linear, time-dependent, large signal numerical code is used to predict tube performance. Simulations predict that a stable amplifier radiation power of 214kW is produced with a saturated gain of 54dB, an electronic efficiency of 37%, and a frequency bandwidth of 0.3% from a five-cavity gyroklystron amplifier. The amplifier gain is found to be very sensitive to a beam velocity spread.     

Novel 900 MHz/1.9 GHz dual-mode power amplifier employing MEMS switches for optimum matching

A novel scheme is proposed for a compact band-switchable power amplifier that employs Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) switches in a matching network (MN). According to the on/off status, the switches change the frequency response of the MN, and then the optimum matching can be achieved in different frequency bands. Following the proposed scheme, a dual-band GaAs FET amplifier is designed for the 0.9-GHz and 1.9-GHz bands. The experimental results exhibit the small signal gain of greater than 16 dB and the saturated output power of 31 dBm in each frequency band with adequate efficiency. The performance levels are very close to those of single-mode power amplifiers employing the same FET.