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5G通信組件技術(shù)特點(diǎn)及軍事通信領(lǐng)域應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2021-07-04 來(lái)源:江明,仲維彬 海軍裝備部 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】本文介紹了目前三種5G射頻組件,并關(guān)注這些組件在軍事通信領(lǐng)域中的應(yīng)用。通過(guò)詳細(xì)介紹RF MEMS開(kāi)關(guān)、基于物聯(lián)網(wǎng)的能量收集器、RF SAW濾波器三種組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、技術(shù)特點(diǎn)以及它們支持增強(qiáng)系統(tǒng)應(yīng)用的功能,同時(shí)根據(jù)其技術(shù)特點(diǎn),對(duì)5G通信配套組件在未來(lái)軍事通信領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了展望。
 
0 引言
 
隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的出現(xiàn)以及下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)5G目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),電路和設(shè)備技術(shù)都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。本文重點(diǎn)介紹三種5G器件技術(shù)及其組件,從射頻/微波微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件到物聯(lián)網(wǎng)傳感器的能量收集,再到聲表面波濾波器的應(yīng)用,并對(duì)這三種組件的軍事通信應(yīng)用技術(shù)可行性進(jìn)行了探討,給出了應(yīng)用示例。
 
本文第一部分介紹并評(píng)估RF MEMS開(kāi)關(guān)以及實(shí)現(xiàn)所需要的RF的設(shè)計(jì)要求,這里主要關(guān)注RF MEMS開(kāi)關(guān)構(gòu)成和RF性能方面的先進(jìn)性,因?yàn)樗鼈儗⒃谖磥?lái)通信領(lǐng)域,特別是軍事通信領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
 
第二部分主要關(guān)注能量收集器在IoT中的應(yīng)用,主要討論熱電能量發(fā)生器(TEG)設(shè)備。熱電能量收集器指的是那些可以用收集到的微量的浪費(fèi)熱量來(lái)產(chǎn)生可使用電能的設(shè)備,該轉(zhuǎn)化的電能反過(guò)來(lái)可以應(yīng)用在設(shè)備上。無(wú)論是軍用還是民用通信設(shè)備,熱-電能量發(fā)生器的優(yōu)勢(shì)適合于一些不便接受或更換的場(chǎng)景,因此在軍事通信裝備中將有廣闊應(yīng)用的可能。
 
第三部分將介紹RF表面聲波(SAW)濾波器的技術(shù)和應(yīng)用。這些叉指式換能器(IDT)內(nèi)容的介紹將主要針對(duì)射頻前端接收的無(wú)源MEMS諧振器及搭建成的多級(jí)SAW濾波器,目前這種濾波器已開(kāi)始在軍事通信領(lǐng)域展露出相關(guān)應(yīng)用。
 
最后,本文分別對(duì)三種組件的技術(shù)局限或應(yīng)用瓶頸,以及它們?cè)诠に嚭凸こ掏茝V中存在的困難和不足,進(jìn)行分析和介紹,并對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)。
 
1 射頻微機(jī)電系統(tǒng)(RF MEMS)
 
過(guò)去,MEMS開(kāi)關(guān)一致被認(rèn)為是性能有限的機(jī)電繼電器的優(yōu)越替代品,憑借易于使用、損耗最小、線性度好、隔離度高、可靠性高的優(yōu)勢(shì),從0 Hz到數(shù)百GHz的小型開(kāi)關(guān),一經(jīng)問(wèn)世就改變了許多電子設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方法,尤其在電子測(cè)量、國(guó)防軍事和健康監(jiān)護(hù)等行業(yè)設(shè)備中形成了規(guī)模應(yīng)用。
 
RF MEMS器件是MEMS與射頻技術(shù)相結(jié)合的一類器件,具有體積小、易集成、功耗低、可靠性高、Q值高等優(yōu)點(diǎn),可代替?zhèn)鹘y(tǒng)無(wú)線通信設(shè)備中的半導(dǎo)體器件,既可以器件配裝電路,如MEMS開(kāi)關(guān)、MEMS電容、MEMS諧振器,也可以集成到同一芯片組成組件和模塊,如濾波器、VCO、RF MEMS移相器。將來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間,功率半導(dǎo)體器件(也被稱為第三代半導(dǎo)體器件),會(huì)成為電子設(shè)備尤其是功率電子設(shè)備的主要發(fā)展方向。目前在軍事通信設(shè)備領(lǐng)域,國(guó)產(chǎn)功率器件和MEMS器件進(jìn)行組合,相對(duì)于原先以晶體集成電路加功率放大電路的組合,正慢慢開(kāi)始替代升級(jí),成為通信設(shè)備、光電、雷達(dá)配套組件電路設(shè)計(jì)中的一種新思路。RF MEMS開(kāi)關(guān)和IGBT器件的結(jié)合,在對(duì)功率和高頻同時(shí)具有高指標(biāo)和高可靠性要求的場(chǎng)合,具有革命性的意義,如應(yīng)用于相控陣?yán)走_(dá)天線的T/R模塊,其性能對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)應(yīng)用具有深遠(yuǎn)影響。
 
(1)主動(dòng)開(kāi)放式MEMS
 
這里介紹一型DC(K波段)0 Hz~26 GHz且超長(zhǎng)使用壽命的單刀雙擲(SPDT)MEMS開(kāi)關(guān),與集成驅(qū)動(dòng)電路配合使用,技術(shù)成熟度較高,已在多個(gè)工程型號(hào)中應(yīng)用。該開(kāi)關(guān)在26 GHz時(shí)具有1 dB的插入損耗和23dB的阻斷隔離。MEMS開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)的射頻特性非常適合5G和毫米波軍事通信設(shè)備,因?yàn)樗鼈兊钠骷蔷€性特性非常明顯,且具有低損耗和高帶寬,這幾乎是為軍事通信裝備量身定做的,很容易滿足電路的功率要求。ADI公司的一型5G通信MEMS開(kāi)關(guān),技術(shù)指標(biāo)就達(dá)到了69 dBm的IIP3線性度且在大于36dBm的功率下正常工作的水平。
 
圖1展示了主動(dòng)開(kāi)放式MEMS裝置的三維表示以及其對(duì)應(yīng)的SEM顯微照片圖像。兩個(gè)柵電極分別位于光束的后部和前部,通過(guò)向相應(yīng)的控制電極施加適當(dāng)電壓,使光束閉合和靜電打開(kāi)。該MEMS開(kāi)關(guān)管芯使用高電阻率硅晶片構(gòu)造,該硅晶片在二氧化硅電介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)多晶硅、鋁和鎢的CMOS兼容互聯(lián),以形成開(kāi)關(guān)器件的電互連。然后使用特殊的不粘接觸金屬和鍍金工藝,將開(kāi)關(guān)裝置在該電介質(zhì)的頂部進(jìn)行微機(jī)械加工,隨后使用金屬犧牲層釋放金屬,最后再使用晶片級(jí)密封玻璃蓋將開(kāi)關(guān)封裝在硅外殼中。
 
5G通信組件技術(shù)特點(diǎn)及軍事通信領(lǐng)域應(yīng)用
圖1 主動(dòng)開(kāi)放式MEMS開(kāi)關(guān)的SEM顯微照片及封裝形式圖
 
(2)MEMS性能
 
如圖1所示,通過(guò)最小化引線鍵合電感,我們可以在塑料封裝中實(shí)現(xiàn)26 GHz的RF帶寬。與此同時(shí),我們需要使用多個(gè)并聯(lián)引線鍵合將其值降到約300 pH,并配置裝置設(shè)計(jì)以盡可能縮短引線的跨度。然后我們?cè)贛EMS芯片上產(chǎn)生調(diào)諧匹配電容(約120 fF),同時(shí)與引線鍵合產(chǎn)生50 ?的匹配電阻,從而最大限度地減少反射和回波損失。接下來(lái),利用式(1)來(lái)計(jì)算所需要的匹配電容值,利用式(2)計(jì)算出由引線鍵合與焊盤處的匹配電容產(chǎn)生的LC諧振器的截止頻率為26.48 GHz。
 
5G通信組件技術(shù)特點(diǎn)及軍事通信領(lǐng)域應(yīng)用
 
器件的隔離標(biāo)準(zhǔn)由開(kāi)關(guān)的輸入到輸出電容決定,它由開(kāi)關(guān)級(jí)的三個(gè)主要元件組成:從尖端到漏極觸點(diǎn)的電容、從光束到漏極區(qū)域的電容,以及從源極區(qū)域到漏極通過(guò)襯底的電容。在此基礎(chǔ)上,我們需要盡力使得所有這些電容最小化來(lái)達(dá)到5 fF以及更小的參數(shù)級(jí)別。式(3)用來(lái)計(jì)算在給定感興趣頻率f下電容器的電阻電抗(XC),其中C是開(kāi)關(guān)的關(guān)斷狀態(tài)電容。式(4)可以用來(lái)計(jì)算以來(lái)于電抗器件的傳輸系數(shù)(斷開(kāi)隔離)以及系統(tǒng)的特征阻抗。
 
5G通信組件技術(shù)特點(diǎn)及軍事通信領(lǐng)域應(yīng)用
 
圖2給出了不同的電容之間的期望絕緣隔離與頻率之間的關(guān)系圖,可以看出小于4 fF的電容需要在26 GHz處產(chǎn)生25dB的隔離。
 
5G通信組件技術(shù)特點(diǎn)及軍事通信領(lǐng)域應(yīng)用
圖2 不同的電容之間的期望絕緣隔離與頻率之間的關(guān)系圖
 
RF MEMS開(kāi)關(guān)具有小型化、低成本、低功耗、高度集成化等方面的優(yōu)勢(shì),逐漸廣泛應(yīng)用于軍民各領(lǐng)域,主要包括移動(dòng)電話、便攜式計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)交換。
 
軍用市場(chǎng)因小型化、智能化的發(fā)展趨勢(shì),對(duì)RF MEMS器件的需求量日益劇增,如基于MEMS技術(shù)的軍用微型機(jī)器人、軍用微型飛行器和軍用微納衛(wèi)星等。目前,并聯(lián)電容式MEMS開(kāi)關(guān)已工作到驅(qū)動(dòng)電壓30 V,工作頻率30 GHz的插入損耗小于0.2 dB,隔離度大于40 dB,已可以用于機(jī)載、車載、艦載收發(fā)機(jī)和衛(wèi)星通信終端、北斗導(dǎo)航等軍用通信領(lǐng)域,尤其率先應(yīng)用于信息化作戰(zhàn)指揮、戰(zhàn)場(chǎng)通信、微型化衛(wèi)星通信系統(tǒng)、相控陣?yán)走_(dá)等方面。
 
另外,根據(jù)MEMS開(kāi)關(guān)不同的特性,將多個(gè)開(kāi)關(guān)串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)組成一個(gè)開(kāi)關(guān)模組,具有更高的隔離度和性能。如將電容式開(kāi)關(guān)并聯(lián)提高可靠性,將開(kāi)關(guān)級(jí)聯(lián)則可以形成各類移相器;通過(guò)設(shè)置開(kāi)關(guān)數(shù)量改變相移的步進(jìn),通過(guò)控制開(kāi)關(guān)通斷實(shí)現(xiàn)相移;通過(guò)利用MEMS開(kāi)關(guān)控制信號(hào)傳輸?shù)耐〝嗫蓪?shí)現(xiàn)濾波器的模擬和數(shù)字可調(diào);把MEMS開(kāi)關(guān)按相控陣天線的布局方式組合形成一個(gè)可重構(gòu)天線,通過(guò)控制開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)可使天線實(shí)現(xiàn)在不同頻率和工作模式中切換,可應(yīng)用于對(duì)不同工作頻率(覆蓋不同頻率的無(wú)線通信局域網(wǎng))、波束波形(雷達(dá)陣列天線)和工作模式(如自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng))有特殊需求的軍事裝備等等。
 
2 熱-電能量收集器
 
MEMS技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一是微能源技術(shù)。熱-電能量收集器指的是那些可以用收集到的微量的浪費(fèi)熱量來(lái)產(chǎn)生可使用電能的設(shè)備。可用于能量采集的熱能主要包括溫度梯度和熱流,對(duì)應(yīng)的能量采集器被稱為溫差電池或熱電發(fā)電機(jī),是一種基于熱電效應(yīng)(或稱為塞貝克效應(yīng)),利用溫度差異使熱能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。溫差電池的材料主要有金屬和半導(dǎo)體兩種,后者的熱電效應(yīng)較強(qiáng)。熱電效應(yīng)強(qiáng)弱對(duì)應(yīng)著熱-電能轉(zhuǎn)化效率的高低。微型熱-電發(fā)電機(jī)最成功的應(yīng)用當(dāng)屬日本精工的熱電腕式手表,該手表使用10個(gè)熱電模塊采集人體-環(huán)境之間的溫度差,并轉(zhuǎn)換成微瓦量級(jí)能量驅(qū)動(dòng)手表運(yùn)動(dòng)。
 
物聯(lián)網(wǎng)中最需要的是大量傳感器,將態(tài)勢(shì)、將能量、信息進(jìn)行傳輸、收集,以匯總、分析或幫助判斷產(chǎn)生指令,傳感器的類型越多,功能越強(qiáng)大,物聯(lián)網(wǎng)的作用和效果就越好。面向物聯(lián)網(wǎng)射頻收發(fā)組件自供電低功耗熱電-光電集成微型傳感器結(jié)構(gòu)方案中,熱-電-光集成微型能量收集器作為能量轉(zhuǎn)換單元,可同時(shí)收集射頻功率放大器工作中耗散的熱能和環(huán)境中的光能,收集的電能能夠?yàn)樯漕l收發(fā)組件自身的低功耗模塊(LNA)或微波信號(hào)檢測(cè)器等構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感節(jié)點(diǎn)供電,實(shí)現(xiàn)傳感系統(tǒng)的自供電或能量自主。
 
熱-電能量收集器能夠?qū)⒆陨淼墓╇娤到y(tǒng)應(yīng)用到傳感器上并將它們使用在一些不太容易接近的場(chǎng)景中,同時(shí)還能省卻更換電池的環(huán)節(jié)費(fèi)用和降低維護(hù)成本。作為“零腳傳感器”終極設(shè)計(jì)目標(biāo)的一部分,其目的是從大約10℃的溫度下降中產(chǎn)生足夠的功率(約400 μW)來(lái)為無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)供電。在某些特殊領(lǐng)域,傳感器節(jié)點(diǎn)所需要的所有功率是通過(guò)將節(jié)點(diǎn)安裝到加熱表面(如泵、馬達(dá)、熱水器、管道)上,通過(guò)吸收環(huán)境的熱能而產(chǎn)生電能為監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)傳感器供電,而實(shí)現(xiàn)無(wú)線供電、無(wú)限運(yùn)行時(shí)間的目的。
 
這里介紹一種通過(guò)貝塞克效應(yīng)將廢熱轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備,當(dāng)熱電-光電集成微型能量收集器兩端加載10 K的溫差時(shí),1 cm 2的芯片可輸出0.6 μW的功率,其結(jié)構(gòu)原理如圖3。
 
5G通信組件技術(shù)特點(diǎn)及軍事通信領(lǐng)域應(yīng)用
圖3 熱電能量轉(zhuǎn)化器原理圖
 
在智能化和信息化的今天,節(jié)點(diǎn)傳感器的功耗可以通過(guò)組件以及數(shù)據(jù)傳輸速率和傳輸模式進(jìn)行適時(shí)調(diào)整和優(yōu)化,也就是說(shuō),熱-電能量收集器可以實(shí)現(xiàn)一定的自適應(yīng)調(diào)整功能,融入低能耗、能耗管理功能,優(yōu)化調(diào)整集電供電方式,以適應(yīng)用電單元或監(jiān)測(cè)模塊的用電需求,使模塊工作時(shí)間更長(zhǎng)狀態(tài)或設(shè)備更易被監(jiān)控。
 
事實(shí)上,目前軍用市場(chǎng)對(duì)能量收集器這一新技術(shù)的需求也逐漸升溫,熱電能量收集器應(yīng)用主要集中于作戰(zhàn)飛機(jī)和直升機(jī)的健康和使用監(jiān)控系統(tǒng)(HUMS),減小功率器件損耗,延長(zhǎng)設(shè)備壽命,有效降低了事故率,增加了安全性,減小了使用維護(hù)費(fèi)用,具有十分重要的軍事和經(jīng)濟(jì)效益。未來(lái),熱-電能量收集器可用于裝備共形相控陣列的飛機(jī)上,如安裝在飛機(jī)機(jī)翼的非維護(hù)部位,一方面由于射頻發(fā)射機(jī)工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱,以及飛機(jī)飛行中存在顯著的熱對(duì)流,為熱-電發(fā)電收集提供了理想熱源;另一方面,飛機(jī)高空飛行時(shí)陽(yáng)光更加充足,微型光電發(fā)電機(jī)的輸出效能可觀。熱電-光電能量收集器不僅可為射頻收發(fā)組件的自身低功耗模塊(LNA)或監(jiān)控發(fā)射功率、諧波失真的微波信號(hào)檢測(cè)器供電,實(shí)現(xiàn)面向射頻收發(fā)組件自供電/低功耗熱電-光電集成傳感系統(tǒng),還可以為其他多種類型的無(wú)線低功耗傳感器(比如無(wú)線式氣壓傳感器、溫度傳感器、雨量傳感器以及風(fēng)向/速度傳感器等)節(jié)點(diǎn)供電,用于檢測(cè)飛機(jī)表面環(huán)境,引導(dǎo)飛機(jī)航行和情報(bào)數(shù)據(jù)的采集。其實(shí),不僅限于熱-電轉(zhuǎn)換,微能源可來(lái)源于熱-電、光-電、機(jī)械-電、電磁-電等多種能量轉(zhuǎn)換方式,集成化、多樣化的微型能量發(fā)電機(jī)將會(huì)具有廣闊而光明的應(yīng)用前景。
 
3 RF SAW濾波器(射頻聲表面波濾波器)
 
射頻干擾一直是通信產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的天敵,需要防范隔離來(lái)自設(shè)備自身及外界的多源干擾。射頻濾波器將通信設(shè)備發(fā)射和接收的無(wú)線電信號(hào)從不同頻段中分離出來(lái),其中SAW因低插損和良好的抑制能力,且被制作在芯片上,而天然具有一系列優(yōu)勢(shì),包括電/機(jī)或機(jī)/電的能量轉(zhuǎn)換效率極高、發(fā)射/接收隔離度好、高頻選擇性好、品質(zhì)因數(shù)高(個(gè)別產(chǎn)品大于5000)、較低的插損(1~3 dB)、溫度穩(wěn)定性好。溫度漂移小于10 ppm/ ℃。目前主要應(yīng)用在無(wú)源或低輻照的RF喚醒系統(tǒng),例如醫(yī)療保健行業(yè)的遙測(cè)等,該喚醒系統(tǒng)還可以與無(wú)線收發(fā)器、傳感器系統(tǒng)集成共同封裝,與基于占空比的喚醒系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)可以通過(guò)降低功耗來(lái)最大化電池壽命。
 
目前,在新一代通信產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中,采用MEMS RF濾波器將首先設(shè)置接收器的選擇性,這需要選擇具有低插入損耗、低溫度系數(shù)和高頻選擇性好的無(wú)源濾波器。從設(shè)計(jì)角度盾,RF SAW濾波器完全滿足較高的Q值以及低插入損耗諧振器的要求,能極大提升RF MEMS濾波器性能。
 
圖4所示的結(jié)構(gòu)是一種用于北斗導(dǎo)航通信設(shè)備的IDT TC-SAW(叉指換能結(jié)構(gòu)溫度補(bǔ)償聲表波)諧振器器件結(jié)構(gòu),它采用了6級(jí)諧振器串并聯(lián)而構(gòu)成了梯形結(jié)構(gòu)的濾波器,可以滿足北斗導(dǎo)航下行2492 MHz濾波器的設(shè)計(jì)需求。圖5結(jié)構(gòu)的SAW濾波器,經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試和工程驗(yàn)證,性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1~表3,類似結(jié)構(gòu)形式也可用于其他型號(hào)設(shè)備。
 
5G通信組件技術(shù)特點(diǎn)及軍事通信領(lǐng)域應(yīng)用
圖4 SAW諧振器結(jié)構(gòu)圖
 
5G通信組件技術(shù)特點(diǎn)及軍事通信領(lǐng)域應(yīng)用
圖5 SAW濾波器結(jié)構(gòu)圖以及不同壓電材料的濾波器頻率響應(yīng)
 
表1 諧振器結(jié)構(gòu)參數(shù)
5G通信組件技術(shù)特點(diǎn)及軍事通信領(lǐng)域應(yīng)用
 
表2 SAW濾波器基本參數(shù)
5G通信組件技術(shù)特點(diǎn)及軍事通信領(lǐng)域應(yīng)用
 
表3 聲表濾波器常溫測(cè)試結(jié)果(23 ℃)
5G通信組件技術(shù)特點(diǎn)及軍事通信領(lǐng)域應(yīng)用
 
RF SAW濾波器通過(guò)調(diào)節(jié)諧振器參數(shù)可獲得不同情況下SAW諧振器的性能,比如擁有較高機(jī)電耦合系數(shù)值K2的壓電材料,就可以實(shí)現(xiàn)更高帶寬,通過(guò)調(diào)節(jié)電路的靜態(tài)電容比Cop/Cos或在電路中串/并聯(lián)加入新的諧振器等方法,可以改進(jìn)濾波器電路的頻率響應(yīng),實(shí)現(xiàn)擁有寬帶、高抑制、低插損和高陡峭度的SAW濾波器。而RF SAW濾波器在設(shè)計(jì)上的主要特點(diǎn)是設(shè)計(jì)靈活性大、模/數(shù)兼容、頻率選擇性好、傳輸損耗小、抗電磁干擾能力強(qiáng)、可靠性高、體積小重量輕等。這些特點(diǎn)正適應(yīng)了現(xiàn)代通信設(shè)備輕薄化、數(shù)字化、高性能、高可靠等方面要求,在軍事領(lǐng)域中RF SAW濾波器主要應(yīng)用于跳/擴(kuò)頻通信、脈沖壓縮雷達(dá)、電子對(duì)抗和遙感導(dǎo)航等。
 
4 總結(jié)
 
本文概述了三種用于實(shí)施5G生態(tài)系統(tǒng)和擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)的模組件技術(shù)特點(diǎn),并重點(diǎn)介紹了RF MEMS開(kāi)關(guān)的技術(shù)特點(diǎn)。它不僅可以支持?jǐn)?shù)據(jù)測(cè)量,并且在毫米波工作頻段具有低插入損耗的特點(diǎn)和出色的射頻控制性能,這樣的參數(shù)性能對(duì)于軍事通信裝備非常適用。但同時(shí),RF MEMS器件也存在技術(shù)難點(diǎn),如:受加工工藝約束,性能穩(wěn)定性不夠好;可靠性受材料和環(huán)境的影響大,目前壽命參數(shù)的穩(wěn)定性還需要提高;器件封裝質(zhì)量對(duì)性能的影響目前是工程化應(yīng)用的瓶頸;驅(qū)動(dòng)電壓通常較高( 30~80 V ),在處理大功率的射頻信號(hào)時(shí)容易導(dǎo)致失效。如果工程化可穩(wěn)定實(shí)現(xiàn),那這些性能優(yōu)異、價(jià)格適中、可靠性穩(wěn)定性高的RF MEMS通信組件,必將在下一代軍事通信領(lǐng)域大放光彩。
 
另外,本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的熱電能量收集器以及健康監(jiān)測(cè)等應(yīng)用,也有一定的技術(shù)瓶頸。在目前技術(shù)下,受材料特性的局限,光-電收集和轉(zhuǎn)化效能輸出高于熱-電效應(yīng)。另外,DC-DC轉(zhuǎn)換是實(shí)現(xiàn)熱-電集成微型能量收集器對(duì)外輸出功率的必要環(huán)節(jié),對(duì)微型熱電式發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō),輸出的電壓都明顯小于常見(jiàn)器件的供電電壓,需要通過(guò)DC-DC電路對(duì)它們的輸出升壓后,再為電池充電。但即便如此,基于MEMS技術(shù)的熱/光-電發(fā)電機(jī)等微能源技術(shù),必將是未來(lái)低功耗器件的理想解決方案。
 
最后,本文介紹了RF SAW濾波器的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用,以及當(dāng)前面對(duì)工程應(yīng)用的技術(shù)難點(diǎn)和局限性,RF SAW諧振器因其無(wú)源和良好射頻特性,高Q值和低插損等特點(diǎn),都非常適合于軍事通信設(shè)備的射頻接收前端。不過(guò),目前RF SAW濾波器也存在技術(shù)上的不成熟和短板,一是目前技術(shù)上適合于3 GHz工作頻率以下,如頻率過(guò)高則其基片材料剛度變小、聲速會(huì)降低,其性能特性受溫度變化的影響會(huì)大幅惡化;二是基片的定向、切割、研磨、拋光等制造工藝復(fù)雜,對(duì)設(shè)備的精度和工藝要求高,且投入大;三是所需材料價(jià)格昂貴,成本過(guò)高,產(chǎn)品特性與軍事裝備可靠性要求還有一定差距。一旦將來(lái)材料工藝和高頻段應(yīng)用等技術(shù)難點(diǎn)攻克,它將會(huì)廣泛應(yīng)用于未來(lái)軍事通信設(shè)備的射頻接收。
 
本文內(nèi)容轉(zhuǎn)載自《現(xiàn)代導(dǎo)航》2020年第6期,版權(quán)歸《現(xiàn)代導(dǎo)航》編輯部所有。
 
 
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