富士通開(kāi)發(fā)可大幅提高毫米波無(wú)線(xiàn)通信接收IC靈敏度的技術(shù)

富士通與富士通研究所日前宣布，面向使用毫米波頻帶（240GHz頻帶）的大容量無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備用途開(kāi)發(fā)出了可提高信號(hào)接收IC芯片靈敏度的技術(shù)。此次的技術(shù)與構(gòu)成接收器的放大器有關(guān)，可防止泄漏信號(hào)造成的振蕩，同時(shí)還能提高放大倍數(shù)。

隨著智能手機(jī)等設(shè)備的數(shù)據(jù)通信需求增加，帶寬達(dá)到現(xiàn)有手機(jī)用頻率100倍以上的毫米波頻帶備受期待。但在毫米波頻帶（30G～300GHz）中，當(dāng)達(dá)到240GHz的極高頻率時(shí)，空間內(nèi)傳播的電波就會(huì)大幅衰減。因此，必須使用可接收微弱信號(hào)的高靈敏度接收器（由天線(xiàn)、放大器、檢波器構(gòu)成），為了有效改善接收靈敏度，需要提高放大器的放大倍數(shù)。

在240GHz頻帶，信號(hào)的波長(zhǎng)極短，還不到1mm，比放大器的芯片尺寸還?。▓D1）。這時(shí)便會(huì)產(chǎn)生以下幾個(gè)新問(wèn)題：放大器的部分輸出信號(hào)會(huì)泄露到在放大器芯片表面形成的接地面（電基準(zhǔn)面），這些泄露信號(hào)會(huì)返回放大器的輸入端子，并再次輸入到放大器中（圖2），而再次輸入的信號(hào)被放大器放大后，變成更大的泄露信號(hào)再次返回輸入端子，這就是振蕩現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致接收器無(wú)法正常接收信號(hào)。要在毫米波中達(dá)到較高的放大倍率，就必須采用可在不損失放大倍率的情況下抑制這種振蕩的技術(shù)。此次富士通與富士通研究所以富士通研究所的磷化銦高電子遷移率晶體管（InPHEMT）技術(shù)為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)出了以下兩項(xiàng)技術(shù)。

放大器的泄露信號(hào)有振幅在特定位置增大的振幅最大點(diǎn)和完全不振動(dòng)的振幅零點(diǎn)。放大器輸入端子的位置與泄露信號(hào)的振幅最大點(diǎn)一致時(shí)，更大的泄露信號(hào)就會(huì)被輸入到放大器，從而引發(fā)振蕩（圖3上）。而輸入端子位于振幅零點(diǎn)的位置時(shí)，泄露信號(hào)完全不會(huì)振動(dòng)，放大器也不會(huì)放大泄露信號(hào)。因此，可以讓放大器的輸入端子及輸出端子的位置與泄露信號(hào)的振幅零點(diǎn)一致（圖3下）。將這樣設(shè)計(jì)的放大器多級(jí)連接起來(lái)，便可在不引起振蕩的情況下提高放大倍數(shù)。

為了將放大器的輸出信號(hào)高效地傳輸至下一級(jí)放大器，就必須對(duì)連接放大器的線(xiàn)路進(jìn)行阻抗匹配，為此必須保證一定的線(xiàn)路長(zhǎng)度。但是，將放大器的輸入輸出端子對(duì)準(zhǔn)振幅零點(diǎn)位置時(shí)，放大器的尺寸就會(huì)受到限制，線(xiàn)路也隨之限定在特定長(zhǎng)度，因此阻抗匹配十分困難。此次研發(fā)人員通過(guò)采用U形線(xiàn)路、并調(diào)整U形的縱向及橫向長(zhǎng)度，獲得了即便放大器尺寸有限、也能實(shí)現(xiàn)阻抗匹配的成果。

圖3 上圖為以前的放大器，下圖為此次開(kāi)發(fā)的放大器

圖4 終端使用示意圖

據(jù)介紹，通過(guò)采用這些技術(shù)，可將接收IC的靈敏度較原來(lái)提高約10倍。如果將這種IC配備在使用小型天線(xiàn)的智能手機(jī)等設(shè)備上，便可使用指向性比原來(lái)更廣的天線(xiàn)，因此不必再讓終端的角度嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)發(fā)送器（圖4），這樣便可提高用戶(hù)的使用便利性。富士通等今后還會(huì)繼續(xù)開(kāi)發(fā)可封裝這種接收IC的天線(xiàn)一體型小型封裝，計(jì)劃在不久后進(jìn)行傳輸實(shí)驗(yàn)，2020年前后實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。