Jakou roli budou hrát diody v komunikaci milimetrů vln?

一 Požadavky na výkonnost pro diody v komunikaci milimetrů vln
Frekvenční charakteristiky vysokých - frekvenčního frekvenčního pásma milimetrů (vlnová délka 1-10 mm) ukládají přísné požadavky na diody:
Nízká parazitické parametry: Konkurenční kapacita by měla být řízena pod 0,1pf a odpor série by měl být pod 1 Ω, aby se snížily vysoké ztráty -.
Rychlá odezva: Rychlost přepínání musí dosáhnout úrovně pikosekundu, aby se přizpůsobilo rychlému přepínání vysokých - frekvenčních signálů.
Vysoká výkonová kapacita: Power Continuous Wave Eque musí dosáhnout 10 W nebo více a pulzní síla musí odolat vrcholům několika stovek wattů.
Nízký hluk: Hluk šumu musí být pod 5 dB, aby splnil požadavky citlivosti přijímače.
Vysoká spolehlivost: Musí se přizpůsobit extrémním teplotám v rozmezí od -55 stupňů do +125 stupně a má odolnost proti radiaci.
2, Základní role diod v komunikaci milimetrů vln
1. Mixér: „Překladatel“ konverze kmitočtu
V komunikaci v milimetru vlny dosahuje mixér frekvenční konverzi prostřednictvím nelineárních charakteristik diod. Schottkyho diody se staly preferovanou součástí pro mixéry v důsledku jejich nízkého vodivého napětí (0,2-0,4 V) a rychlé odezvy. Například v přijímačích milimetrů vln Schottkyho diody míchají signál přijatého milimetru vln (například 28GHz) s lokálním oscilátorovým signálem (jako je 26GHz) za účelem generování středního frekvenčního signálu (2GHz), čímž se sníží obtížnost následného zpracování. Ztráta konverze může být nízká jako 6 dB a intermodulační zkreslení je menší než -60 dBC, což výrazně zlepšuje kvalitu signálu.
2. omezovač: „Bezpečnostní ventil“ pro ochranu signálu
Komunikace milimetrů vln je náchylná k silnému rušení a šumu pulzu a omezovač omezuje amplitudu signálu v bezpečném rozmezí prostřednictvím nelineárních charakteristik diod. Například v přijímačích komunikace satelitních komunikace lze obvody omezující Schotttkyho diody aktivovat, když vstupní signál překročí +10 DBM, což omezuje výstup na +5 DBM a chránit downstream s nízkým šumem (LNA) před poškozením. Určitý model omezovače milimetrů vlny přijímá čtyřstupňovou strukturu řady Schottky Dioda, aby bylo dosaženo kontroly dynamického rozsahu 40 dB ve frekvenčním pásmu 30GHz, se ztrátou vložení pouze 0,5 dB.
3. Přepínač: „Inteligentní router“ pro směrování signálu
Systémy milimetrů vln vyžadují časté přepínání signálních cest a diody pinů se stávají ideálními spínacími prvky díky jejich kontrolovatelné impedanční charakteristice. V radaru fázového pole milimetrů vln mohou přepínače pin diody dosáhnout rychlého skenování paprsku (rychlost přepínání hladiny mikrosekundy), s izolací více než 40 dB a ztrátou vložení menší než 1 dB. Například základní stanice 28GHz 5G používá diodové spínače GAN k udržení stabilního výkonu v teplotním rozsahu -40 stupňů na +85 stupeň, s výkonovou kapacitou 100W.
4. Frekvenční multiplikátor: „multiplikátor“ pro expanzi kmitočtu
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) dosáhnout účinné frekvence zdvojnásobení. Například v oscilátorech milimetrů vln mohou diody GaAS varaktory znásobit signály 14GHz na 28GHz s účinností přeměny 30% a fázovým šumem pod -120 dbc/Hz.
5. Výkonový zesilovač: „Energetický motor“ pro vylepšení signálu
Impattové diody a diody Gunn jsou jádro složky amplifikace výkonu milimetrů vln. Impattová dioda může vydat 10 W výkonu kontinuální vlny ve frekvenčním pásmu 94 GHz, s účinností až 20%; Gunn diody dosahují výstupu 5W ve frekvenčním pásmu 35 GHz a jsou široce používány v anti -zobrazovacích systémech milimetrů vln. Například určitý automobilový radar s milimetrem vlny používá diody GAN Impatt k dosažení výstupního výkonu 20 dBm ve frekvenčním pásmu 77 GHz, s detekčním rozsahem až 200 metrů.
3, trendy technologického vývoje
1. Inovace materiálu: Od křemíku po široké bandgap polovodiče
Tradiční křemík - založené diody čelí vysokým - Frekvenční ztráty a výkonové omezení v milimetrovém vlnovém frekvenčním pásmu, zatímco široké pásmové polovodičové materiály, jako jsou GAN a SIC, se staly základními materiály pro další generaci milimetrových vlnových diodů kvůli jejich vysoce porušování pole (3,3 mv/cm) a vysokou mobilitu) a vysokou mobilitou). Například Gan Schottkyho diody dosahují schopnosti zpracování výkonu 5W ve frekvenčním pásmu 140 GHz, což je 10krát vyšší než křemíkové zařízení.
2. Integrace: Od diskrétních komponent po jednotlivé - Integrace Chip
Technologie jednotlivého čipu mikrovlnného integrovaného obvodu (MMIC) umožňuje na - integraci diodů s moduly, jako jsou LNA a PA. Určitá přední část 28GHz 5G - End COND přijímá technologii 0,13 μm Sige BicMos, integruje Schottského omezovače, přepínač pinů a LNA na čip 2 mm × 2 mm, což snižuje ztrátu vložení na 1,2 dB a spotřebu energie na 80MW.
3. inteligence: adaptivní omezující a dynamická kontrola
Adaptivní algoritmus oříznutí založený na strojovém učení může monitorovat statistické charakteristiky signálů v reálném čase a dynamicky upravit prahovou hodnotu oříznutí. Určitý prototypový systém 6G snižuje zkreslení oříznutí na jeden - Třetí tradičního schématu úpravou časové konstanty pro zotavení oříznutí v reálném čase při zachování integrity signálu.
4, analýza případů aplikací
Případ 1: 5G Millimeter Wave Base Station PA ochrana PA
Základní stanice určité milimetrové vlnové stanice určitého operátora přijímá odstupňované schéma omezující amplitudu: První fáze používá Schottkyho diody pro omezení hrubé amplitudy a potlačuje maximální hodnotu vstupního signálu z +38 DBM na +28 dbm; Druhá fáze používá diody pinů k dosažení přesného omezení amplitudy a konečný výstup je stabilní na +23 dbm. Tento plán snižuje míru selhání PA z 3krát měsíčně na 0,2krát, což ušetří více než 2 miliony juanů za roční náklady na údržbu.
Případ 2: Interference automobilového radaru milimetrů vln
Radar autonomního vozidla milimetrového vlny přijímá adaptivní omezující obvod, který dynamicky upravuje omezující prahovou hodnotu sledováním vstupního signálu PAPR v reálném čase. V silném rušení scénáří systém automaticky snižuje omezující prahovou hodnotu z +10 DBM na +5 dbm, což snižuje míru bitové chyby z 10 ⁻⁴ na 10 ⁻⁶ a prodlouží účinnou dobu přijetí o 40%.
https://www.trrrsemicon.com/transistor/npn;