富士通开发可大幅提高毫米波无线通信接收IC灵敏度的技术

富士通与富士通研究所日前宣布，面向使用毫米波频带（240GHz频带）的大容量无线通信设备用途开发出了可提高信号接收IC芯片灵敏度的技术。此次的技术与构成接收器的放大器有关，可防止泄漏信号造成的振荡，同时还能提高放大倍数。

随着智能手机等设备的数据通信需求增加，带宽达到现有手机用频率100倍以上的毫米波频带备受期待。但在毫米波频带（30G～300GHz）中，当达到240GHz的极高频率时，空间内传播的电波就会大幅衰减。因此，必须使用可接收微弱信号的高灵敏度接收器（由天线、放大器、检波器构成），为了有效改善接收灵敏度，需要提高放大器的放大倍数。

在240GHz频带，信号的波长极短，还不到1mm，比放大器的芯片尺寸还小（图1）。这时便会产生以下几个新问题：放大器的部分输出信号会泄露到在放大器芯片表面形成的接地面（电基准面），这些泄露信号会返回放大器的输入端子，并再次输入到放大器中（图2），而再次输入的信号被放大器放大后，变成更大的泄露信号再次返回输入端子，这就是振荡现象，会导致接收器无法正常接收信号。要在毫米波中达到较高的放大倍率，就必须采用可在不损失放大倍率的情况下抑制这种振荡的技术。此次富士通与富士通研究所以富士通研究所的磷化铟高电子迁移率晶体管（InPHEMT）技术为基础，开发出了以下两项技术。

放大器的泄露信号有振幅在特定位置增大的振幅最大点和完全不振动的振幅零点。放大器输入端子的位置与泄露信号的振幅最大点一致时，更大的泄露信号就会被输入到放大器，从而引发振荡（图3上）。而输入端子位于振幅零点的位置时，泄露信号完全不会振动，放大器也不会放大泄露信号。因此，可以让放大器的输入端子及输出端子的位置与泄露信号的振幅零点一致（图3下）。将这样设计的放大器多级连接起来，便可在不引起振荡的情况下提高放大倍数。

为了将放大器的输出信号高效地传输至下一级放大器，就必须对连接放大器的线路进行阻抗匹配，为此必须保证一定的线路长度。但是，将放大器的输入输出端子对准振幅零点位置时，放大器的尺寸就会受到限制，线路也随之限定在特定长度，因此阻抗匹配十分困难。此次研发人员通过采用U形线路、并调整U形的纵向及横向长度，获得了即便放大器尺寸有限、也能实现阻抗匹配的成果。

图3 上图为以前的放大器，下图为此次开发的放大器

图4 终端使用示意图

据介绍，通过采用这些技术，可将接收IC的灵敏度较原来提高约10倍。如果将这种IC配备在使用小型天线的智能手机等设备上，便可使用指向性比原来更广的天线，因此不必再让终端的角度严格对准发送器（图4），这样便可提高用户的使用便利性。富士通等今后还会继续开发可封装这种接收IC的天线一体型小型封装，计划在不久后进行传输实验，2020年前后实现实用化。