Mikrodalğalı və radio tezlik sistemlərində ötürmə kanalı itkiləri, dispersiya və skin effect kimi mexanizmlər siqnal amplitudasının tezlikdən asılı olaraq müxtəlif səviyyələrdə zəifləməsinə səbəb ola bilər. Bunun nəticəsində gücləndirici, radar və ya rabitə zəncirinin zolaqdaxili amplituda cavabı düz olmaqdan çıxır. Amplituda bərabərləşdiriciləri sistemdəki bu tezlikdən asılı itkinin tərs meylini yaradan idarə olunan zəiflətmə xarakteristikası əlavə etməklə ümumi tezlik cavabını düzləşdirməyi hədəfləyir. Bu iş son dərəcə kiçik RF mikrosistemlərinə uyğun bərabərləşdirici hazırlamaq məqsədilə Bridge-T udma tipli zəiflədici, LC tezlik-seçici şəbəkə və optimallaşdırılmış impedans uyğunlaşdırma bölməsini gallium arsenide integrated passive device (GaAs-IPD) texnologiyası üzərində birləşdirir. Dizayn üsulu həm tək, həm də iki rezonanslı bərabərləşdiricilərə genişləndirilir; lakin fiziki olaraq istehsal edilərək ölçülən prototip tək rezonanslıdır. Prototip 0.1–2.35 GHz arasında işləyir və cəmi 0.8 mm × 0.7 mm × 0.1 mm ölçüsündədir. Keysight N5247A vektor şəbəkə analizatoru və GSG probları ilə aparılan ölçmələrdə minimum insertion loss 0.66 dB, maksimum attenuation 4.06 dB və iş zolağında return loss 13.3 dB-dən daha yaxşı müəyyən edilmişdir. Full-wave elektromaqnit modelində minimum insertion loss 0.77 dB, equalization range 4.14 dB və return loss 14.3 dB-dən daha yaxşı hesablanmışdır. Ölçmə ilə simulyasiyanın ümumilikdə yaxın olması GaAs-IPD tətbiqinin işlədiyini göstərir. Bununla belə, mənbənin Abstract bölməsi ölçülən return loss-u 15 dB-dən daha yaxşı göstərdiyi halda Experiment, Table 3 və Conclusion 13.3 dB dəyərini bildirir; buna görə əsas eksperimental dəyər kimi 13.3 dB qəbul edilməlidir.

Amplituda bərabərləşdiricisi niyə lazımdır?

RF ötürmə zəncirində bütün tezlik komponentləri eyni itkiyə məruz qalmır. Ötürmə xətti, material dispersiyası, skin effect və aktiv dövrələrin öz tezlik xarakteristikası bəzi tezliklərdə daha yüksək itki yarada bilər. Nəticədə sistem qazancı tezlik boyunca dalğalanır və zolaqdaxili flatness pozulur.

Amplituda bərabərləşdiricisi bu problemi daha çox qazanc yaratmaqla deyil, aşağı itkili tezlikləri idarə olunan şəkildə daha çox zəiflətməklə həll edir. Beləliklə, bərabərləşdiricinin zəiflətmə əyrisi ilə əsas RF zəncirinin itki əyrisi bir-birini kompensasiya edə bilər.

Təklif edilən arxitekturanın üç əsas bölməsi

Mənbənin Figure 1–4 hissələrində təklif olunan bərabərləşdiricinin üç funksional komponenti görünür:

• Absorption attenuation unit: əsas attenuation səviyyəsini müəyyən edir.
• Frequency selection unit: rezonans nöqtələrini və tezlikdən asılı bərabərləşdirmə meylini müəyyən edir.
• Optimized impedance matching network: zolaqdaxili impedans uyğunlaşmasını yaxşılaşdırır.

Bu ayrılma mühüm dizayn üstünlüyü verir. Zəiflətmə səviyyəsi əsasən müqavimət şəbəkəsi ilə, equalization slope isə LC dəyərləri ilə idarə olunduğuna görə iki hədəf bir-birindən nisbətən müstəqil tənzimlənə bilər.

Bridge-T zəiflədicisi necə işləyir?

İş L, T, π və Bridge-T kimi udma tipli müqavimət şəbəkələri arasından Bridge-T topologiyasını seçir. Əsas səbəb eyni vaxtda idarə olunan attenuation və yaxşı impedance matching təmin etməsidir.

Xarakteristik impedans:

\[ R_0=Z_0 \]

kimi götürülür və işdə tipik olaraq:

\[ Z_0=50\ \Omega \]

istifadə olunur.

İstənilən \(A\) dB zəiflətmə üçün müqavimətlər:

\[ R_1 = Z_0 \left( 10^{A/20}-1 \right) \]

və:

\[ R_2 = Z_0 \left( \frac{1} {10^{A/20}-1} \right) \tag{1} \]

şəklində hesablanır.

Bu münasibətdə \(A\) artırıldıqda Bridge-T şəbəkəsinin müqavimət dəyərləri dəyişdirilərək əsas zəiflətmə səviyyəsi tənzimlənir.

Tezlik-seçici şəbəkə necə işləyir?

Tezlik-seçici bölmə LC rezonatorlarından ibarətdir. Əsas rezonans tezliyi:

\[ f= \frac{1} {2\pi\sqrt{LC}} \tag{2} \]

ilə müəyyən edilir.

İş iki quruluş müəyyən edir:

• single-resonance: bir LC rezonans nöqtəsi,
• dual-resonance: iki rezonans nöqtəsi.

İki rezonanslı quruluş tək rezonanslı quruluşla müqayisədə daha mürəkkəb zolaqdaxili formaların idarə edilməsinə imkan verir. Lakin bu məqalədəki fiziki prototip tək rezonanslıdır.

Optimallaşdırılmış uyğunlaşdırma şəbəkəsinin yeniliyi nədir?

Təklif edilən dövrədə matching şəbəkəsindəki induktor və kondensatorların dəyərləri tezlik-seçici bölmədəkilərlə eyni seçilir:

\[ L_{g1}=L_{s1}, \qquad C_{g1}=C_{s1} \]

və iki rezonans halında:

\[ L_{g2}=L_{s2}, \qquad C_{g2}=C_{s2}. \]

Bu simmetriya müstəqil dizayn parametrlərinin sayını azaldır, optimallaşdırmanı sadələşdirir və fiziki yerləşdirmənin kiçildilməsinə kömək edir.

İki rezonanslı ümumi dizayn münasibətləri

Mənbə iki rezonans üçün:

\[ L_{s1}=L_{g1} = \frac{Z_0} {K_1K_2\pi f_0} \]

\[ L_{s2}=L_{g2} = \frac{K_2Z_0} {K_1\pi f_0} \]

\[ C_{s1}=C_{g1} = \frac{K_1K_2Y_0} {4\pi f_0} \]

\[ C_{s2}=C_{g2} = \frac{K_1Y_0} {4K_2\pi f_0} \tag{3} \]

münasibətlərini verir.

Burada:

• \(Y_0=1/Z_0\): yük admitansı,
• \(f_0\): rezonans tezliyi,
• \(K_1\): zolaqdaxili equalization amplitude üçün negative-slope parametri,
• \(K_2\): equalization bandwidth parametridir.

Tək rezonanslı quruluş üçün \(K_2=1\) götürülərək:

\[ L_{s1}=L_{g1} = \frac{Z_0} {K_1\pi f_0} \]

\[ C_{s1}=C_{g1} = \frac{K_1Y_0} {4\pi f_0} \tag{4} \]

əldə edilir.

Beş dövrə nümunəsi nəyi göstərir?

Müəlliflər dizayn üsulunu göstərmək üçün \(f_0=1\) GHz rezonans tezliyinə malik beş fərqli single-resonance equalizer hesablamışdır.

Figure 5-dəki simulyasiyalar eyni rezonans tezliyində müxtəlif attenuation və slope dəyərlərinin yaradıla bildiyini göstərir. Mənbənin şərhinə görə slope əsasən LC parametrləri ilə, attenuation səviyyəsi isə müqavimət şəbəkəsi ilə tənzimlənə bilər.

GaAs-IPD niyə seçildi?

GaAs-IPD aşağı substrate loss, yüksək passiv komponent Q-factor-u və yüksək tezlik performansına görə RF passiv dövrələrinin kiçik sahədə inteqrasiyası üçün uyğundur.

Figure 6-da ayrıca thin-film resistor qatı göstərilir; lakin Table 2 onun materialını və qalınlığını ayrıca vermir.

Spiral induktor niyə kvadrat formalıdır?

Müəlliflər octagonal və circular spiral quruluşların nəzəri olaraq daha yüksək Q-factor təmin edə bildiyini, lakin istehsal və batch-to-batch consistency baxımından daha çətin olduqlarını qeyd edirlər. Buna görə kvadrat spiral seçilmişdir.

İnduktans simulyasiya admitansından:

\[ L= \frac{\operatorname{Im}(1/Y_{11})} {2\pi f} \tag{5} \]

ilə çıxarılır.

Spiral M2 metal qatında, alt bağlantı isə M1-də yaradılır. M1–M2 arasındakı parazitik tutumu azaltmaq üçün polyimide PV qatı istifadə olunur; M0 ground plane üzərində yaradılan Defected Ground Structure (DGS) substrate capacitance və eddy-current loss-u azaltmağı hədəfləyir.

MIM kondensator necə yaradılır?

Kondensator M1 və M2 metal elektrodları arasında N2 Si₃N₄ dielektrik qatı istifadə edilərək yaradılır. NM1 qatı tutumun incə tənzimlənməsində rol oynayarkən M0 altında DGS istifadəsi parazitik təsirləri azaldır.

Mənbə tutumun çıxarılması üçün:

\[ C= \frac{1} {2\pi f\operatorname{Im}(1/Y_{11})} \tag{6} \]

ifadəsini verir. İşarə/mütləq dəyər konvensiyası ayrıca izah edilmədiyinə görə bu tənlik Verianla tərəfindən mənbədən kənar formada dəyişdirilməmişdir.

Üsul və Tapıntılar

Fiziki prototipin dizayn hədəfləri

İstehsal edilmiş prototip üçün mənbə:

dəyərlərini verir.

İdeal dövrədən real elektromaqnit modelə keçid

İdeal lumped-element dəyərləri müəyyən edildikdən sonra real spiral induktor və MIM kondensatorlar Ansys HFSS Electronics Desktop 2020 R2 ilə modelləşdirilmişdir. Fiziki layout-a keçid zamanı conductor loss, substrate coupling və distributed capacitance kimi ideal dövrədə olmayan parazitik təsirlər yarandığı üçün həndəsələr tam-dalğa elektromaqnit optimallaşdırma ilə yenidən tənzimlənmişdir.

Son 3D dizayn:

0.8 mm × 0.7 mm × 0.1 mm

ölçüsündədir.

EM simulyasiya nəticəsi

İdeal dövrə modeli ilə EM modelinin S21 cavabı arasında təxminən 0.5 dB ümumi fərq görünür. Müəlliflər bunu GaAs substrate dielectric loss və metal conductor ohmic loss ilə izah edirlər.

Real çip necə ölçüldü?

Fabrikasiya tamamlandıqdan sonra GaAs-IPD çipi Keysight N5247A vector network analyzer və Cascade ACP ground-signal-ground probes istifadə olunaraq xarakterizə edilmişdir.

0.1–2.35 GHz iş zolağında simulyasiya ilə eksperiment ümumilikdə yaxın gedir. 3–6 GHz sahəsində daha nəzərəçarpan yayınmalar yaranmış; mənbə bunu fabrication tolerance, material-parameter variation və measurement uncertainty ilə izah etmişdir.

Return loss üçün niyə 13.3 dB istifadə olunur?

Mənbənin Abstract hissəsi ölçülmüş return loss-u 15 dB-dən daha yaxşı bildirir. Bunun əksinə Experiment, Table 3 və Conclusion 13.3 dB-dən daha yaxşı olduğunu göstərir. Üç ayrı nəticə mənbəyi eyni 13.3 dB dəyərini dəstəklədiyinə görə Verianla əsas performans cədvəlində 13.3 dB istifadə edir.

Əvvəlki texnologiyalarla müqayisə

Beləliklə, işin əsas iddiası tək bir metrikdə mütləq dünya rekordu deyil. Təklif olunan GaAs-IPD bərabərləşdiricisinin güclü tərəfi miniaturization, insertion loss və impedance matching arasında balanslı kombinasiya təqdim etməsidir.

İşin dəstəklədiyi nəticələr

• Bridge-T attenuation və LC frequency-selection şəbəkələri eyni bərabərləşdiricidə uğurla birləşdirilə bilər.
• Attenuation səviyyəsi ilə equalization slope böyük ölçüdə ayrı dövrə parametrləri vasitəsilə idarə edilə bilər.
• Simmetrik LC matching şəbəkəsi müstəqil dizayn parametrlərinin sayını azaldır.
• GaAs-IPD üzərində spiral induktor, MIM kondensator və thin-film müqavimət şəbəkəsi eyni çoxqatlı çipdə inteqrasiya oluna bilər.
• 0.1–2.35 GHz tək rezonanslı fiziki prototip uğurla istehsal edilmiş və ölçülmüşdür.
• Minimum measured insertion loss 0.66 dB-dir.
• Measured maximum attenuation 4.06 dB-dir.
• Experiment/Table 3/Conclusion-a görə measured return loss 13.3 dB-dən daha yaxşıdır.
• Çip cəmi 0.8 × 0.7 × 0.1 mm ölçüsündədir.
• Ölçülən və tam-dalğa simulyasiya cavabları iş zolağında ümumilikdə yaxın nəticə verir.

İşin dəstəkləmədiyi ümumiləşdirmələr

• Dual-resonance topologiyanın fiziki prototipi bu işdə istehsal edilərək ölçülməmişdir.
• İş real 5G, radar və ya peyk RF zəncirinə qoşulduqda sistem flatness-ının nə qədər yaxşılaşdığını ölçməmişdir.
• Power-handling qabiliyyəti eksperimental olaraq bildirilməmişdir.
• Termal drift və temperatur sabitliyi qiymətləndirilməmişdir.
• Wafer/process yield statistikası verilməmişdir.
• İstehsal variasiyalarına qarşı Monte Carlo və ya process-corner dayanıqlılığı bildirilməmişdir.
• Return loss üçün Abstract-dakı 15 dB ifadəsi təcrübə bölməsindəki 13.3 dB ilə uyğun deyil.
• 4.14 dB EM equalization range ilə 4.06 dB measured maximum attenuation eyni fiziki performans metriyi deyil.
• Bu prototip aktiv və ya adaptiv şəkildə elektron olaraq yenidən tənzimlənə bilən equalizer deyil.

Mənbə və Üsul Qeydi

Orijinal iş:A Miniaturized High-Performance Amplitude Equalizer Based on GaAs-IPD Technology.

Müəlliflər: Yi Zhang, Gan Liu, Mengjiang Xing, Xiaozhen Li, Huile Zhang və Zhiqing Yang.

Qurumlar: Yangtze Delta Region Institute (Huzhou), University of Electronic Science and Technology of China; School of Electronic Science and Engineering, University of Electronic Science and Technology of China; School of Information Engineering, Kunming University; College of Information Science and Engineering, Henan University of Technology.

Əlaqə müəllifi: Gan Liu.

DOI: 10.2139/ssrn.7208079.

SSRN identifikatoru: 7208079.

Nəşr statusu: Mənbə PDF hər səhifədə “Preprint not peer reviewed” ifadəsini daşıyır. Bu qiymətləndirmə tarixində eyni başlıq altında ayrıca hakemli yekun jurnal versiyası doğrulanmamışdır.

İşin növü: RF dövrə topologiyasının hazırlanması, analitik lumped-element dizaynı, full-wave electromagnetic simulation, GaAs-IPD çip fabrikasiyası və vector-network-analyzer əsaslı eksperimental S-parametr xarakterizasiyası.

Simulyasiya proqramı: Ansys HFSS, Electronics Desktop 2020 R2.

Eksperiment avadanlığı: Keysight N5247A vector network analyzer və Cascade ACP GSG probes.

Maliyyələşdirmə: National Natural Science Foundation of China, Grant 62401199; S&T Special Program of Huzhou, Grant 2023GZ09.

Mənbədaxili performans uyğunsuzluğu: Abstract ölçülmüş return loss üçün “better than 15 dB” ifadəsindən istifadə edərkən Experiment, Table 3 və Conclusion “better than 13.3 dB” verir. Verianla əsas eksperimental dəyər kimi üç ayrı bölmə tərəfindən dəstəklənən 13.3 dB nəticəsini istifadə edir.

Mənbədaxili figure-label qeydi: Figure 10(a) istehsal edilmiş quruluşu “low-pass chip equalizer” adlandırır; lakin məqalənin topologiyası, başlığı və bütün eksperimental qiymətləndirməsi amplitude equalizer üzərindədir.

Komponent-parametri qeydi: Figure 6 thin-film resistor R qatını göstərsə də Table 2 bu qatın materialı və qalınlığı üçün ayrıca məlumat vermir.

Əlaqəli əvvəlki iş: Xiaodong Yang və həmkarlarının 2025-ci il tarixli Wafer-Level Amplitude Equalizer Based on an Integrated Passive Device Process with Two Resonance Points for Wavy In-Band Transmission, Electronics 14(9), 1715, DOI 10.3390/electronics14091715 işi eyni tədqiqat qrupunun yaxın GaAs-IPD equalizer sələfidir. Yeni iş fərqli dövrə ayrılması, matching yanaşması və daha aşağı measured insertion loss ilə tədqiqat xəttini genişləndirir.

Məlumat əlçatanlığı / maraqlar toqquşması: Yüklənmiş yeddi səhifəlik mətndə ayrıca Data Availability və ya Conflict of Interest bölməsi görünmür; buna görə Verianla tərəfindən mənbədən kənar bəyan əlavə edilməmişdir.

Müəllif hüququ/görsel istifadə: Dövrə sxemləri, GaAs-IPD kəsiyi, chip micrograph və S-parameter qrafiklərinin mənbə görüntüləri olduğu kimi kopyalanmamalıdır. Verianla üçün Bridge-T + LC frequency selection + GaAs-IPD chip + simulation/measurement əlaqəsi orijinal texniki vizualla yenidən çəkilməlidir.