Radiovastaanottimen etupään integrointitekniikoita ylemmällä millimetriaaltoalueella ja terahertsitaajuuksilla

Tiedätkö, kuinka Albert Einstein kerran selitti radion toiminnan? Lennätin on ikään kuin erittäin, erittäin pitkä kissa. Vedät sen häntää New Yorkissa ja sen pää naukuu Los Angelesissa. Ja radio toimii täsmälleen samalla tavalla: lähetät signaalit täältä, ne vastaanotetaan siellä. Ainoa ero on, ettei ole kissaa.

Tämä väitöskirja esittää pyrkimyksen toteuttaa radio, joka toimii 300 gigahertsin taajuudella. Miksi näin korkealla taajuudella? Koska mitä korkeampi taajuus, sitä enemmän kaistanleveyttä on käytettävissä erittäin nopeaan radiokommunikaatioon. Tämän työn painopiste on radiovastaanottimen etuosan suunnittelussa, mikä on kiehtova yhdistelmä analogista piiriteoriaa, mikroaaltoteoriaa ja radiotaajuustekniikkaa. Hyödyntämällä näiden kolmen osa-alueen perusteita lähestyin vastaanottimen etuosan suunnittelua.

Nykyiset erittäin integroidut radiot on suunniteltu käyttäen puolijohdetekniikoita. Tyypillisessä radiosysteemissä tieto kulkee puolijohdemateriaalin ja ilmakehän läpi. Korkeataajuisen kantoaallon kuljettaman tiedon kulkua eivät haittaa pelkästään puolijohdetekniikan parasiittiset ilmiöt, vaan myös luonnonilmiöt. Vaikka puolijohdeteknologian ja radioaaltojen etenemiskanavan parantaminen ovat tämän väitöskirjan ulkopuolella, tässä työssä esitellään arkkitehtuuri ja suunnittelumenetelmä radiotaajuussiruille (RFIC) signaalinsiirron parantamiseksi radiovastaanottimen etuosassa.

Puolijohdetekniikan parasiittiset ilmiöt riippuvat suuresti käyttötaajuudesta ja signaalipolkujen sijoittelusta. Kun kantoaaltojen taajuus ja puolijohdeteknologian tyyppi on päätetty, suurin vaivannäkö tulee piirikuvion suunnittelusta tällä puolijohdeteknologialla. Yksi osuus on arkkitehtuurin suunnittelu, jossa suuremmat rakennuspalikat sijoitetaan strategiesti piiritoimintojensa mukaan. Toinen osa on puolijohdelaitteiden järjestelyn jota kutsutaan piiritopologiaksi. Radion vastaanottimen herkkyys ja tehokkuus määräytyvät arkkitehtuuristen valintojen, piiritopologioiden ja niiden välisten yhteyksien perusteella. Tässä työssä harkittu vastaanottimen etuosan arkkitehtuurin, piiritopologioiden ja sijoittelustrategioiden valinta johtaa erittäin tehokkaaseen vastaanottimen etuosaan 300 gigahertsin taajuudella. Tämän väitöskirjan lukija tunnistaa epäilemättä tässä työssä saavutetun merkittävän teknologisen virstanpylvään, joka edistää 6G-radion toteutusta.