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5G/6G移動(dòng)通信和毫米波雷達(dá)是國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，是推動(dòng)萬(wàn)物智聯(lián)的關(guān)鍵引擎技術(shù)。毫米波可以實(shí)現(xiàn)高速率和低延時(shí)通信，以及高分辨率雷達(dá)探測(cè)。如圖1所示，毫米波頻率源是通信和雷達(dá)等電子系統(tǒng)的心臟，調(diào)諧范圍和相位噪聲是其最重要的技術(shù)指標(biāo)，目前存在調(diào)諧范圍窄和相位噪聲差等問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙了通信和雷達(dá)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。

圖1 毫米波通信和雷達(dá)系統(tǒng)示意圖

在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等縱向項(xiàng)目和企業(yè)橫向項(xiàng)目的支持下，本項(xiàng)目針對(duì)毫米波源在調(diào)諧范圍、相位噪聲以及芯片面積等方面的問(wèn)題，布局了一系列發(fā)明專利。本項(xiàng)目專利主要圍繞兩個(gè)發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)：1. 核心專利同時(shí)實(shí)現(xiàn)寬調(diào)諧范圍與低相位噪聲性能；2. 衍生專利進(jìn)一步提升噪聲性能。上述發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)均未在本領(lǐng)域公開，屬于原創(chuàng)性技術(shù)；與現(xiàn)有技術(shù)相比，性能提升顯著。因此，本專利具有原創(chuàng)性、新穎性和先進(jìn)性。

1. 核心專利發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)。首先提出了“多模壓控振蕩裝置和無(wú)線收發(fā)機(jī) （202011252811.2；US11329605B1）”這一核心專利。在不增加芯片面積的情況下，實(shí)現(xiàn)了調(diào)諧范圍的極大拓展，突破了調(diào)諧范圍增大與相位噪聲惡化的相互制約。提出兩個(gè)核心技術(shù)：（1）多模磁耦合諧振網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生多種諧振模式；（2）多振蕩核與開關(guān)模組協(xié)同配合選擇工作模式，解決了多模多核振蕩器在調(diào)諧范圍、相位噪聲以及面積上相互制約的問(wèn)題。在不惡化相位噪聲的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了相位帶寬超過(guò)90%，超過(guò)目前現(xiàn)有技術(shù)中毫米波振蕩器最大相對(duì)帶寬73%的限制，為寬帶低相噪毫米波頻率源的實(shí)現(xiàn)提供了重要技術(shù)方案。

2. 衍生專利發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)。基于上述專利存在的相位噪聲問(wèn)題，進(jìn)一步衍生出了“壓控振蕩裝置和無(wú)線收發(fā)機(jī)（202011254889.8；US11303246B1）”、“一種逆F類壓控振蕩器及芯片 202011254889 .8”等多項(xiàng)國(guó)內(nèi)外專利。在不增加芯片面積的前提下，從多個(gè)維度進(jìn)一步改善相位噪聲，同時(shí)仍然保持足夠?qū)挼念l率調(diào)諧范圍。在“壓控振蕩裝置和無(wú)線收發(fā)機(jī)”專利中，實(shí)現(xiàn)相位噪聲優(yōu)化手段包括：（1）多個(gè)振蕩核心模組和開關(guān)模組提供不同的相位；（2）多個(gè)諧振電路相互連接對(duì)高次諧波噪聲的抑制。 另外，在“一種逆F類壓控振蕩器及芯片”專利中，實(shí)現(xiàn)振蕩器低相位噪聲的主要技術(shù)包括：（1）多峰值諧振器對(duì)振蕩器的濾波；（2）頻率調(diào)諧模塊對(duì)基波與諧波的精準(zhǔn)控制。

上述技術(shù)有效解決了寬調(diào)諧范圍振蕩器相位噪聲不足等問(wèn)題，在保證芯片小型化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了低相位噪聲?；谏鲜黾夹g(shù)采用CMOS工藝實(shí)現(xiàn)的毫米波振器的相位噪聲與調(diào)諧范圍綜合指標(biāo)（FoMT）達(dá)到了201 dBc/Hz， 比現(xiàn)有技術(shù)提升了6倍。

上述發(fā)明專利的技術(shù)方案解決了振蕩器在調(diào)諧范圍、相位噪聲以及芯片面積等多個(gè)性能指標(biāo)相互制約的問(wèn)題，在芯片小型化的前提下，首次實(shí)現(xiàn)了振蕩器的寬調(diào)諧范圍和低相位噪聲，具有原創(chuàng)先進(jìn)性和很高的技術(shù)價(jià)值。

依托上述發(fā)明專利，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“毫米波生物醫(yī)學(xué)傳感器”及“6G衛(wèi)星通信相控陣技術(shù)”先后獲2021年度和2022年度國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)+大賽廣東省銀獎(jiǎng)，后者獲第八屆中國(guó)國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)+大賽（產(chǎn)業(yè)賽道）金獎(jiǎng)。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)正與華為、高盛達(dá)、曼克維等多家公司開展技術(shù)轉(zhuǎn)化，加快該專利技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，合作費(fèi)用超千萬(wàn)元。其中，應(yīng)用于惠州高盛達(dá)的24GHz多模式毫米波雷達(dá)傳感器芯片，采用CMOS工藝研制，實(shí)現(xiàn)的多模式雷達(dá)系統(tǒng)可達(dá)到毫米級(jí)定位，可解決智能家居多應(yīng)用場(chǎng)景需求。樣機(jī)已研制成功，具有性能和成本優(yōu)勢(shì)，預(yù)期可拉動(dòng)產(chǎn)值數(shù)千萬(wàn)元。應(yīng)用于曼克維公司的衛(wèi)星通信相控陣收發(fā)機(jī)芯片中，一體化集成相控陣系統(tǒng)的核心指標(biāo)比業(yè)內(nèi)同類產(chǎn)品提升了約15%。目前已小批量生產(chǎn)并銷售，預(yù)期實(shí)現(xiàn)銷售額將超過(guò)2000萬(wàn)元人民幣。因此，本項(xiàng)目專利具有很高的產(chǎn)業(yè)價(jià)值，已應(yīng)用于5G通信收發(fā)機(jī)或雷達(dá)系統(tǒng)芯片中，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

本項(xiàng)目發(fā)明所涉及的振蕩裝置（即壓控振蕩器）是毫米波頻率源中的核心模塊，其相位噪聲、調(diào)諧范圍、功耗等指標(biāo)對(duì)于頻率源的性能具有決定性的影響，在5G/6G毫米波移動(dòng)通信、高精度毫米波雷達(dá)等先進(jìn)電子系統(tǒng)中具有廣泛應(yīng)用。

基于本項(xiàng)目的核心專利和衍生專利實(shí)現(xiàn)的毫米波頻率源可采用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS集成電路工藝實(shí)現(xiàn)，具有低相位噪聲、大調(diào)諧范圍、低功耗等特點(diǎn)，綜合性能提升超過(guò)30%，同時(shí)芯片成本可以大幅降低。依托上述發(fā)明專利，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“毫米波生物醫(yī)學(xué)傳感器”及“6G衛(wèi)星通信相控陣技術(shù)”先后獲2021年度和2022年度國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)+大賽廣東省銀獎(jiǎng)，后者已進(jìn)入國(guó)賽，有望沖擊產(chǎn)業(yè)命題賽道金獎(jiǎng)。依托本發(fā)明，發(fā)明人團(tuán)隊(duì)正與華為、高盛達(dá)、萬(wàn)嘉通、銀禾號(hào)、曼克維等公司開展技術(shù)轉(zhuǎn)化合作，推進(jìn)該專利技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，合作經(jīng)費(fèi)超過(guò)1000萬(wàn)元。該發(fā)明已應(yīng)用于發(fā)明人團(tuán)隊(duì)與上述公司合作研發(fā)的5G通信收發(fā)機(jī)及雷達(dá)系統(tǒng)收發(fā)機(jī)芯片中，并逐步導(dǎo)入到公司產(chǎn)品中，已實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。具體情況如下：

（1）應(yīng)用本發(fā)明專利，華為的高頻多流全連接架構(gòu)收發(fā)機(jī)芯片中的本振移相電路可實(shí)現(xiàn)更大的調(diào)諧范圍，整體電路得到簡(jiǎn)化。在同等功能和性能條件下，芯片面積縮減50%以上，成本顯著下降，可望產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）本發(fā)明專利應(yīng)用于惠州高盛達(dá)的24GHz多模式毫米波雷達(dá)，采用CMOS工藝研制的傳感器芯片可實(shí)現(xiàn)2GHz的快速調(diào)頻，結(jié)合創(chuàng)新的天線設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)的多模式雷達(dá)系統(tǒng)可達(dá)到毫米級(jí)定位，性能指標(biāo)達(dá)到半導(dǎo)體行業(yè)巨頭英飛凌公司主流產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，居于國(guó)際領(lǐng)先水平?；谠摪l(fā)明的毫米波雷達(dá)樣機(jī)已研制成功，具有性能和成本優(yōu)勢(shì)，預(yù)期可拉動(dòng)產(chǎn)值數(shù)千萬(wàn)元。

（3）基于本發(fā)明，團(tuán)隊(duì)與曼克維公司已合作研制出CMOS毫米波衛(wèi)星通信相控陣收發(fā)芯片，并與相控陣天線陣一體化設(shè)計(jì)。研制的樣機(jī)實(shí)現(xiàn)了正負(fù)65°的大角度掃描，其核心指標(biāo)比業(yè)內(nèi)同類產(chǎn)品提升了約15%，顯著提升了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，具有巨大的市場(chǎng)潛力。目前已小批量生產(chǎn)并銷售衛(wèi)星通信相控陣收發(fā)機(jī)產(chǎn)品，預(yù)期實(shí)現(xiàn)銷售額將超過(guò)2000萬(wàn)元。

本項(xiàng)目發(fā)明突破了傳統(tǒng)毫米波壓控振蕩器相位噪聲差、調(diào)諧范圍受限以及功耗高的技術(shù)瓶頸，將毫米波壓控振蕩器的綜合性能指標(biāo)（FoM）提升5-10dB，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了芯片面積小型化，可采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝進(jìn)行大規(guī)模批量制造。該專利技術(shù)已應(yīng)用于華為、高盛達(dá)等行業(yè)龍頭企業(yè)，導(dǎo)入其在5G移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信相控陣、毫米波雷達(dá)等系統(tǒng)產(chǎn)品中，提升了性能指標(biāo)和成本的雙重競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

圖1 基于自研芯片的6G衛(wèi)星通信相控陣

圖2 基于自研芯片的毫米波生物醫(yī)學(xué)傳感器