ไดโอดจะมีบทบาทอย่างไรในการสื่อสารคลื่นมิลลิเมตร

一ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสำหรับไดโอดในการสื่อสารคลื่นมิลลิเมตร
ลักษณะความถี่ - สูงของแถบความถี่คลื่นมิลลิเมตร (ความยาวคลื่น 1-10 มม.) กำหนดข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับไดโอด:
พารามิเตอร์กาฝากต่ำ: ความจุทางแยกควรควบคุมต่ำกว่า 0.1pf และความต้านทานแบบอนุกรมควรต่ำกว่า 1 Ωเพื่อลดการสูญเสียความถี่สูง -
การตอบสนองที่รวดเร็ว: ความเร็วในการสลับต้องไปถึงระดับ picosecond เพื่อปรับให้เข้ากับการสลับอย่างรวดเร็วของสัญญาณความถี่สูง -
กำลังการผลิตพลังงานสูง: พลังงานคลื่นอย่างต่อเนื่องต้องไปถึง 10W หรือมากกว่าและพลังชีพจรจำเป็นต้องทนต่อยอดเขาหลายร้อยวัตต์
เสียงรบกวนต่ำ: ตัวเลขเสียงต้องต่ำกว่า 5dB เพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านความไวของตัวรับสัญญาณ
ความน่าเชื่อถือสูง: จำเป็นต้องปรับให้เข้ากับอุณหภูมิสูงตั้งแต่ -55 องศาถึง +125 ระดับและมีความต้านทานต่อรังสี
2 บทบาทหลักของไดโอดในการสื่อสารคลื่นมิลลิเมตร
1. มิกเซอร์: "นักแปล" ของการแปลงความถี่
ในการสื่อสารกับคลื่นมิลลิเมตรเครื่องผสมจะได้รับการแปลงความถี่ผ่านลักษณะไม่เชิงเส้นของไดโอด ไดโอด Schottky ได้กลายเป็นองค์ประกอบที่ต้องการสำหรับมิกเตอร์เนื่องจากแรงดันไฟฟ้านำไฟฟ้าต่ำ (0.2-0.4V) และการตอบสนองที่รวดเร็ว ตัวอย่างเช่นในเครื่องรับคลื่นมิลลิเมตรไดโอด Schottky ผสมสัญญาณคลื่นมิลลิเมตรที่ได้รับ (เช่น 28GHz) กับสัญญาณออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่น (เช่น 26GHz) เพื่อสร้างสัญญาณความถี่กลาง (2GHz) ซึ่งจะช่วยลดความยากลำบากในการประมวลผลที่ตามมา การสูญเสียการแปลงของมันอาจต่ำถึง 6dB และการบิดเบือนการทำงานระหว่างกันน้อยกว่า -60dBc ซึ่งเป็นการปรับปรุงคุณภาพของสัญญาณอย่างมีนัยสำคัญ
2. Limiter: "วาล์วนิรภัย" สำหรับการป้องกันสัญญาณ
การสื่อสารคลื่นมิลลิเมตรมีความไวต่อการรบกวนที่แข็งแกร่งและเสียงรบกวนของพัลส์และตัว จำกัด จำกัด แอมพลิจูดของสัญญาณภายในช่วงที่ปลอดภัยผ่านลักษณะที่ไม่เชิงเส้นของไดโอด ตัวอย่างเช่นในตัวรับสัญญาณการสื่อสารผ่านดาวเทียม Schottky diode จำกัด สามารถเปิดใช้งานได้เมื่อสัญญาณอินพุตเกิน +10 dbm โดย จำกัด เอาต์พุตไปที่ +5 dbm และปกป้องแอมป์ รูปแบบบางอย่างของตัว จำกัด คลื่นมิลลิเมตรใช้โครงสร้างซีรีย์ไดโอด Schottky สี่ขั้นตอนเพื่อให้ได้การควบคุมช่วงไดนามิก 40dB ในแถบความถี่ 30GHz โดยมีการสูญเสียการแทรกเพียง 0.5dB
3. สวิตช์: "เราเตอร์อัจฉริยะ" สำหรับการกำหนดเส้นทางสัญญาณ
ระบบคลื่นมิลลิเมตรต้องการการสลับเส้นทางสัญญาณบ่อยครั้งและไดโอดพินกลายเป็นองค์ประกอบการสลับในอุดมคติเนื่องจากลักษณะความต้านทานที่สามารถควบคุมได้ ในเรดาร์อาร์เรย์แบบเฟสคลื่นมิลลิเมตรสวิตช์ไดโอดพินสามารถทำการสแกนลำแสงได้อย่างรวดเร็ว (ความเร็วในการสลับระดับไมโครวินาที) โดยมีการแยกมากกว่า 40dB และการสูญเสียการแทรกน้อยกว่า 1dB ตัวอย่างเช่นสถานีฐาน 28GHz 5G ใช้สวิตช์ไดโอดพิน GAN เพื่อรักษาประสิทธิภาพที่มั่นคงในช่วงอุณหภูมิ -40 องศาถึง +85 องศาโดยมีความจุพลังงาน 100W
4. ตัวคูณความถี่: "ตัวทวีคูณ" สำหรับการขยายความถี่
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) เพื่อให้ได้ความถี่ที่มีประสิทธิภาพเป็นสองเท่า ตัวอย่างเช่นในออสซิลเลเตอร์คลื่นมิลลิเมตรไดโอด GaAs Varactor สามารถคูณสัญญาณ 14GHz เป็น 28GHz ด้วยประสิทธิภาพการแปลง 30% และเสียงเฟสต่ำกว่า -120DBC/Hz
5. แอมพลิฟายเออร์พลังงาน: "Energy Engine" สำหรับการปรับปรุงสัญญาณ
ไดโอด Impatt และไดโอด Gunn เป็นส่วนประกอบหลักของการขยายพลังงานคลื่นมิลลิเมตร ไดโอด Impatt สามารถส่งออกพลังงานคลื่นต่อเนื่อง 10W ในแถบความถี่ 94GHz โดยมีประสิทธิภาพสูงถึง 20%; Gunn Diodes ได้รับเอาท์พุท 5W ในแถบความถี่ 35GHz และใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบการถ่ายภาพคลื่นมิลลิเมตร ตัวอย่างเช่นเรดาร์ยานยนต์คลื่นมิลลิเมตรบางตัวใช้ไดโอด GaN Impatt เพื่อให้ได้พลังงานเอาต์พุต 20dBm ในแถบความถี่ 77GHz โดยมีช่วงการตรวจจับสูงถึง 200 เมตร
3 แนวโน้มวิวัฒนาการทางเทคโนโลยี
1. นวัตกรรมวัสดุ: จากซิลิกอนไปจนถึงเซมิคอนดักเตอร์ bandgap กว้าง
ซิลิกอนแบบดั้งเดิม - ไดโอดที่ใช้เผชิญหน้าสูง - การสูญเสียความถี่และข้อ จำกัด ด้านพลังงานในแถบคลื่นความถี่คลื่นมิลลิเมตรในขณะที่วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ bandgap กว้างเช่น GAN และ SIC ได้กลายเป็นวัสดุหลัก ตัวอย่างเช่นไดโอด Gan Schottky บรรลุความสามารถในการประมวลผลพลังงาน 5W ในแถบความถี่ 140GHz ซึ่งสูงกว่าอุปกรณ์ซิลิกอน 10 เท่า
2. การรวม: จากส่วนประกอบที่ไม่ต่อเนื่องเป็นเดี่ยว - การรวมชิป
เทคโนโลยีการรวมชิปไมโครเวฟเดี่ยว (MMIC) เปิดใช้งานบน - การรวมชิปของไดโอดกับโมดูลเช่น LNA และ PA ด้านหน้า 28GHz 5G - ชิปสิ้นสุดใช้เทคโนโลยี 0.13 μ m sige bicmos, การบูรณาการ schottky limiter, สวิตช์พินและ LNA บนชิป 2 มม. × 2 มม. ลดการสูญเสียการแทรกเป็น 1.2dB
3. ข่าวกรอง: การ จำกัด การปรับตัวและการควบคุมแบบไดนามิก
อัลกอริทึมการตัดแบบปรับตัวที่ใช้การเรียนรู้ของเครื่องสามารถตรวจสอบลักษณะทางสถิติของสัญญาณแบบเรียลไทม์และปรับเกณฑ์การตัดแบบไดนามิก ระบบต้นแบบ 6G บางอย่างจะลดการบิดเบือนการตัดออกเป็นหนึ่ง - ที่สามของรูปแบบดั้งเดิมโดยการปรับค่าคงที่การกู้คืนการคลิปในเวลาจริงในขณะที่รักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณ
4, การวิเคราะห์กรณีแอปพลิเคชัน
กรณีที่ 1: สถานีฐานคลื่น 5 กรัมมิลลิเมตร
สถานีฐานคลื่น 5G มิลลิเมตรของผู้ประกอบการใช้รูปแบบการ จำกัด แอมพลิจูดแบบเกรด: ขั้นตอนแรกใช้ไดโอด Schottky สำหรับการ จำกัด แอมพลิจูดหยาบโดยระงับค่าสูงสุดของสัญญาณอินพุตจาก +38 dbm ถึง +28 dbm; ขั้นตอนที่สองใช้ไดโอด PIN เพื่อให้ได้การ จำกัด แอมพลิจูดที่แม่นยำและเอาต์พุตสุดท้ายมีความเสถียรที่ +23 DBM แผนนี้จะลดอัตราความล้มเหลวของ PA จาก 3 ครั้งต่อเดือนเป็น 0.2 เท่าช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาต่อปีมากกว่า 2 ล้านหยวน
กรณีที่ 2: คลื่นมิลลิเมตรเรดาร์แร็กแร็กแร็ก - สัญญาณรบกวน
เรดาร์คลื่นมิลลิเมตรของยานพาหนะอัตโนมัติใช้วงจร จำกัด การปรับตัวซึ่งจะปรับเกณฑ์การ จำกัด แบบไดนามิกโดยการตรวจสอบสัญญาณอินพุต PAPR แบบเรียลไทม์ ในสถานการณ์การรบกวนที่แข็งแกร่งระบบจะลดเกณฑ์การ จำกัด โดยอัตโนมัติจาก +10 dbm เป็น +5 dbm ลดอัตราข้อผิดพลาดบิตจาก 10 ⁻⁴เป็น 10 ⁻⁶และขยายเวลาการรับที่มีประสิทธิภาพ 40%
https://www.trrsemicon.com/transistor/npn {{2s