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工程人员开发出世界上最复杂的硅相控阵芯片 |
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| http://cn.newmaker.com
11/1/2007 7:22:00 PM
中国科技信息网
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 图注：加州大学圣迭戈分校电机工程教授加百利·勒比兹的实验室开发出了世界上最复杂的硅相控阵芯片——灵巧型Q波段4x4阵列发射机。该项目得到了加州大学圣迭戈分校和美国国防部高等研究计划局的资助。（图片来源：加州大学圣迭戈分校）
据www.physorg.com网站2007年10月30日报道，加州大学圣迭戈分校工程师开发出了世界上最复杂的硅“相控阵”芯片，或称无线电频率集成电路。该研究得到了美国国防部高等研究计划局的资助，有望用于美国国防卫星通信和雷达系统。此外，芯片设计中的创新技术很可能将得到广泛的商业应用，比如电视直播汽车系统和新的无线高速数据转换方式。
该项目的负责人，加州大学圣迭戈分校雅格布学院电机工程教授加百利·勒比兹说：“这是第一种传输频率为30-50 GHz的16元相控阵天线芯片。该芯片大小仅为3.2Ⅹ2.6平方毫米，其元件间的一致性和低耦合性，以及其低耗电性和极为小巧的尺寸，都是前所未有的。作为一个完整的系统，它创造了很多第一。”
完成芯片开发工作的是加州大学圣迭戈分校电气与计算机工程系研究生康金光（Kwang-Jin Koh）和詹森·梅。8月28日至8月29日，国防部高等研究计划局团队会议在芝加哥举行，勒比兹教授在会议上介绍了这种新芯片。有关该芯片的其它详细资料将于年底提交学术杂志。严格地说，这种芯片其实是一部灵巧型Q波段4x4阵列发射机。勒比兹介绍称：“我们制造的芯片具有发射和接收功能。”
国防部高等研究计划局官员在声明中写道：“这种可发出波束的紧凑型芯片在尺寸上、重量上、性能上和造价上均现实了突破，将有助于打造下一代相控阵毫米波军用传感器和通信系统。”
勒比兹说：“为了让我们能够把所有元件集成在一个单一的硅芯片上，国防部高等研究计划局为我们提供了资助。就大规模量产而言，该芯片的造价仅为几美元。显然，它只是一部发射机。你仍然需要一部接收机，但这并不难，我们只需要以相同的设计方法来制造接收机就可以了。我们的工作解决了相控阵中最为昂贵的问题，比如16：1 分配器、移相器、振幅控制器以及信道间的一致性和绝缘性。”
该芯片还带有相控阵全数字控制所必需的CMOS数字电路。芯片的制造使用了商用Jazz SBC18HX制作工艺，从而首次大幅降低了相控阵制造的复杂性。该芯片适用于频率范围为40至50 GHz的Q波段国防卫星通信频率。
勒比兹说：“如果你采用相同的设计并把频率范围调整为24或60GHz，你就可以用它来进行商业地面通信”。勒比兹教授还是另一个研发计划的领导人，该计划由英特尔公司和加州大学“发现”奖提供资助，旨在研制一种可以植入笔记本电脑并充当高速数据传输工具的CMOS相控阵芯片。
这项由英特尔公司提供资助的计划将由勒比兹、拉里·拉尔逊和伊恩·高尔顿合作完成，他们都是加州大学圣迭戈分校雅格布学院的电机工程教授。其中，拉尔逊是电气与计算机工程系的系主任。
勒比兹说：“如果你想下载一个大型电影文件，一个基站可以发现并确定你的位置，然后把波束指引到你的接收芯片上。这将实现数千亿字节的数据传输率，而且既不用连接电缆，也不用遵守无线光学数据传输的排列要求。”勒比兹认为不出三年这种系统就可以成为实现。
相控阵的背景信息
相控阵的使用已有半个多世纪。它们是由许多辐射单元排成阵列形式构成的天线群，其中不同单元所得到的相关信号相位是不同的，这样一来，阵列就可以加强特定方向的有效辐射，抑制无意义方向的有效辐射。由于相控阵具有上述特性，加上无线电波可以穿过云层和光通信系统无法穿过的其它介质，因此工程师可以利用相控阵进行卫星通信，或探测来袭的飞机、舰艇和导弹。
一些相控阵比公路上的广告牌还要大，而最强大的相控阵是军用飞机和舰船上使用的相控阵雷达以及相控阵监视和通信系统，这种相控阵的造价高达数亿美元。造价的高昂使相控阵很难大规模用于军事和高端卫星通信以外的其它领域。工程师现在正设法缩小相控阵的尺寸并将其集成为硅电子系统以满足军事和商业应用。
加州大学圣迭戈分校开发的这种新芯片在3.2Ⅹ2.6平方毫米的芯片上集成了16个信道。输入信号在芯片上被分成16个不同的信道，每个信道的振幅和相位是相同的。而每个信道的相位和增益可以实现电子控制，从而把天线波束导向一个特定的方向。
通过操作相位，你可以在十亿分之一秒内以电子方式驾驭波束。通过调制振幅，你可以控制波束的宽度，这是非常重要的，比如，当你从一颗卫星向另一颗卫星发送信息时，如果你不希望信号被另一颗卫星接收到，你就必须控制波束的宽度。利用控制振幅和相位，你可以在天线波束中加入深奥的零迅号，从而大幅降低邻近发射机干扰信号的影响。
英文原文链接参见：http://www.physorg.com/news112975292.html
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