Какую роль будут играть диоды в коммуникации миллиметровых волн?

一 Требования к производительности для диодов в коммуникации миллиметровых волн
Характеристики частоты высокого- планы частоты миллиметровых волн (длина волны 1-10 мм) навязывают строгие требования на диоды:
Низкие паразитические параметры: емкость соединения должна контролироваться ниже 0,1pf, а сопротивление последовательности должно быть ниже 1 Ом, чтобы уменьшить высокие - частотные потери.
Быстрый ответ: скорость переключения должна достигать уровня пикосекунды, чтобы адаптироваться к быстрому переключению высоких сигналов частотных сигналов-.
Высокая мощность: мощность непрерывной волны должна достигать 10 Вт или более, а мощность импульса должна выдерживать пики в несколько сотен Вт.
Низкий шум: показатель шума должен быть ниже 5 дБ, чтобы удовлетворить требования к чувствительности приемника.
Высокая надежность: он должен адаптироваться к экстремальным температурам в диапазоне от -55 градусов до +125 степень и иметь сопротивление радиации.
2, основная роль диодов в коммуникации миллиметровых волн
1. Миксера: «переводчик» преобразования частоты
В связи с миллиметровой волной микшер достигает частоты через нелинейные характеристики диодов. Диоды Шоттки стали предпочтительным компонентом для миксеров из-за их низкого напряжения проводимости (0,2-0,4 В) и быстрой реакции. Например, в миллиметровых волновых приемниках диоды Шоттки смешивают полученный миллиметровый сигнал волны (например, 28 ГГц) с сигналом локального осциллятора (например, 26 ГГц), чтобы генерировать промежуточный частотный сигнал (2 ГГц), тем самым уменьшая сложность последующей обработки. Его потери преобразования могут составлять всего 6 дБ, а интермодуляционное искажение составляет меньше -60 дБК, что значительно улучшает качество сигнала.
2. Ограничитель: «защитный клапан» для защиты сигнала
Миллиметр волновой связи подвержена сильным помехам и импульсным шумам, и ограничитель ограничивает амплитуду сигнала в безопасном диапазоне посредством нелинейных характеристик диодов. Например, в приемниках спутниковой связи схемы ограничивающих диодов Шоттки могут быть активированы, когда входной сигнал превышает +10 дБм, ограничивая выходной сигнал +5 дБм и защита нижнего усилителя низкого шума (LNA) от повреждения. Определенная модель ограничителя миллиметровых волн принимает четырехступенчатую структуру серии Schottky Diode для достижения динамического управления диапазоном 40 дБ в диапазоне частот 30 ГГц с потерей вставки всего 0,5 дБ.
3. Переключатель: «Интеллектуальный маршрутизатор» для маршрутизации сигнала
Миллиметровые волновые системы требуют частого переключения сигнальных путей, а диоды контактов становятся идеальными элементами переключения из -за их управляемых характеристик импеданса. В радаре с фазированным матрицей миллиметра, переключатели диода -штифта могут достигать быстрого сканирования луча (скорость переключения на уровне микросекунды), с выделением более 40 дБ и потерей вставки менее 1 дБ. Например, базовая станция 28 ГГц 5G использует диодные переключатели GAN для поддержания стабильной производительности в диапазоне температур -40 градусов до +85 степень, с мощностью 100 Вт.
4. Частотный множитель: «множитель» для расширения частоты
Millimeter wave communication requires the use of a multiplier to elevate low-frequency signals to high-frequency bands. Variable capacitance diodes utilize their voltage variable capacitance characteristics (Q value>100) для достижения эффективного удвоения частоты. Например, в миллиметрах волновых осцилляторов варанные диоды GAAS могут умножить сигналы 14 ГГц на 28 ГГц с эффективностью преобразования 30% и фазовым шумом ниже -120 дБК/Гц.
5. Усилитель мощности: «Энергетический двигатель» для улучшения сигнала
Impatt Diodes и Gunn Diodes являются основными компонентами амплификации мощности миллиметрового волны. Диод Impatt может выводить мощность непрерывной волны 10 Вт в полосе частот 94 ГГц с эффективностью до 20%; Диоды Gunn достигают 5 Вт в диапазоне частот 35 ГГц и широко используются в системах антимобраки миллиметровых волн. Например, определенный автомобильный радар Millimeter Wave использует диоды Gan Impatt для достижения выходной мощности 20 дБм в полосе частот 77 ГГц с диапазоном обнаружения до 200 метров.
3, Тенденции технологической эволюции
1. Материальные инновации: от кремния до широкой полосовой полосы.
Традиционный кремний - Диоды на основе высокого уровня - частотных потерь и ограничения мощности в диапазоне частот миллиметровых волн, в то время как широкополосные полупроводниковые материалы, такие как GAN и SIC, стали основными материалами для следующего поколения диодов волн миллиметра. Например, диоды Gan Schottky получают способность обработки мощности 5 Вт в полосе частот 140 ГГц, которая в 10 раз выше, чем кремниевые устройства.
2. Интеграция: от дискретных компонентов до одиночной - интеграция чипа
Технология отдельной микроволновой интегрированной схемы (MMIC) позволяет - интеграцию чипов диодов с такими модулями, как LNA и PA. Определенный фронт 28 ГГц 5G - Конечный чип принимает технологию 0,13 мкМ Sige BICMOS, интегрируя ограничитель Шоттки, выключатель и LNA на чипе 2 мм × 2 мм, снижая потерю вставки до 1,2DB и потребление энергии до 80 МВт.
3. интеллект: адаптивное ограничение и динамическое управление
Алгоритм адаптивного отсечения, основанный на машинном обучении, может отслеживать статистические характеристики сигналов в реальном времени и динамически корректировать порог отсечения. Определенная система прототипа 6G уменьшает искажение обрезки на один - треть традиционной схемы, регулируя постоянную постоянную времени восстановления отсечения в режиме реального времени при сохранении целостности сигнала.
4, Анализ случая применения
Случай 1: 5 г миллиметра волновой базовой станции PA защита
Определенная базовая станция 5G -миллиметровой волновой станции 5G применяет схему ограничения градуированной амплитуды: на первом этапе используется диоды Шоттки для ограничения грубой амплитуды, подавляя пиковое значение входного сигнала от +38 DBM до +28 дБМ; На втором этапе используются диоды PIN для достижения точного ограничения амплитуды, а конечный выход стабилен при +23 DBM. Этот план снижает ставку отказов PA с 3 раза в месяц до 0,2 раза, экономя более 2 миллионов юаней в годовых затратах на техническое обслуживание.
Случай 2: Millimeter Wave Automotive Radar Anti - помехи
Автономный автомобиль Millimeter Wave Radar принимает адаптивную ограничивающую схему, которая динамически регулирует ограничивающий порог, контролируя входной сигнал PAPR в режиме реального времени. В сценариях сильных помех система автоматически снижает ограничивающий порог от +10 дБм до +5 дБм, снижая частоту ошибок битов с 10 до 10 ⁻⁶ и продлевая эффективное время приема на 40%.
https://www.trrsemicon.com/transistor/npnmbnbnembermatransistor__mbemberbc817-16.html