衝突回避レーダー、カーエレクトロニクス、鉄道輸送などの分野でミリ波技術が広く応用されるにつれ、Wバンド（75～110GHz）は、その高帯域幅、高分解能、集積の容易さにより、短距離レーダーシステムにとって徐々に理想的な周波数帯となってきた。トランシーバー・コンポーネントの中核であるRFチップの性能は、レーダー・システム全体の探知能力と信頼性を直接左右する。この記事では、WバンドSOC RFチップに基づくT/Rコンポーネントシステムの設計に焦点を当て、チップの選択からシステムアーキテクチャ設計、主要なRF相互接続構造のシミュレーションと実装まで、包括的な議論を提供します。.

1. WバンドRFチップの開発とシステム統合の利点

近年、国内外市場において、多チャンネル・高集積のWバンドRFチップの開発が大きく進展している。例えば、ガトリアンマイクロエレクトロニクスは、高密度集積で「2トランスミッター、4レシーバー」を実現する77GHzのCMOS RFチップをリリースし、車両レーダーシステムの小型化とコスト削減を大幅に促進した。これらのRFチップは、低雑音増幅器、電力増幅器、ミキサー、位相同期ループ、位相シフターなどの主要モジュールを統合し、高ゲイン、低雑音、高速スイッチング機能を提供し、T/Rコンポーネントのシステムレベルパッケージングのための強固な基盤を築く。.

ディスクリートコンポーネントで構築された従来のシステムと比較して、SOC RFチップの使用は、システムサイズを大幅に縮小するだけでなく、システムの複雑さと消費電力を低減し、全体的な信頼性と生産効率を向上させます。.

2. T/Rコンポーネント・システム・アーキテクチャとRFリンク設計

この論文で設計されたT/Rコンポーネントは「2T4R」アーキテクチャを採用し、75～80GHzの周波数帯で動作し、FMCW変調機能を持つ。このシステムは、高集積SOC RFチップをコアとして、多層PCB、導波管インターフェース、電源管理、制御回路などの周辺部品を使用し、完全なトランシーバー機能を実現している。.

受信機チェーンでは、アンテナで受信された微弱信号は導波管マイクロストリップ探触子構造を通して入力され、低雑音増幅器で増幅され、局部発振器信号と混合され、ベースバンドにダウンコンバートされる。フィルタリングとゲインコントロールの後、信号は出力される。トランスミッションチェーンは、このプロセスを逆にし、ベースバンド信号をより高い周波数に変換し、アンテナを通して放射する前に増幅する。雑音指数、利得、チェーン全体の直線性などの主要パラメータは、システム・シミュレーションによって検証され、最適化されている。.

3. 主要RF相互接続構造の設計とシミュレーション

多層PCB内で高周波信号の効率的な伝送を実現するために、本稿では3種類のRF相互接続構造の設計に焦点を当てる：

導波管-マイクロストリッププローブの遷移:W帯における高周波損失の問題に対処するため、プリント基板内に短絡面を組み込んだ微細な針状の電磁結合プローブ構造を提案した。シミュレーションの結果、72.3～82.5GHz帯の挿入損失は0.2dB以下、リターンロスは-20dB以上となり、良好な広帯域特性と製造公差を示した。.

垂直移行構造:GCPW-同軸-GCPW」垂直相互接続方式を採用し、高周波での電磁波漏れとモード歪みを効果的に抑制。この構造は、100GHz以下の全通過帯域で-16dB以上のリターンロスを維持し、40GHzでの挿入損失はわずか0.42dBであり、高密度システムインテグレーションに適している。.

BGAからマイクロストリップへの移行構造:RFチップのBGAパッケージのために、GCPWからマイクロストリップ線路への整合回路構造を設計し、はんだボールによってもたらされる寄生容量を打ち消すことに成功した。72-106 GHzの範囲において、リターンロスは-15 dBより良好であり、ターゲット周波数範囲は-20 dB以下、挿入損失は0.4 dBである。.

4. システム・シミュレーションと性能検証

トランシーバーリンク全体のシステムレベルシミュレーションはADSソフトウェアを用いて行われた。75～80GHz帯の受信チャンネルでは、雑音指数11.324dB、利得57.602dBを示し、純粋なベースバンド出力信号を確保した。送信チャンネルは24.602dBの利得を達成し、出力電力は5dBmを超え、システム要件を満たした。シミュレーション結果は、高周波システムにおける設計されたRFチップとその相互接続構造の実現可能性と優位性を確認するものである。.

5. 総括と展望

W バンド SOC RF チップをベースに、高性能で小型化された T/R コンポーネント・システムの設計とシミュレーショ ンに成功した。導波管プローブ、垂直遷移、BGA相互接続などの主要構造を最適化することで、このシステムは低損失、広帯域、高集積を達成している。今後、RFチッププロセスのさらなる成熟とパッケージング技術の継続的な革新により、WバンドT/Rコンポーネントは、自律走行、インテリジェント輸送、ドローンナビゲーションなどの分野でより重要な役割を果たすようになる。.