6G 研究人员聚焦：Guru Subramanyam、代顿大学和 CapV LLC

作者：Nancy Friedrich，6G 思想领导力行业解决方案营销

随着第三代合作伙伴计划 (3GPP) 启动初始 6G 工作组，6G 标准化和部署的最终研究正在进行中。初始研究阶段包括两个候选频谱：90 至 300 GHz 的亚太赫兹 (Sub-THz) 频率和覆盖 7 至 24 GHz 的非正式标记频率范围 3 (FR3)。尽管亚太赫兹频率可能会在未来版本或各代中使用，但已确认6G将使用FR3。

宽带多功能软件定义无线电 (WMSDR) 项目通过使用代顿大学 Subramanyam 教授开发的薄膜可变电容器（变容二极管）覆盖高达 24 GHz 的频率，弥补了 5G 到 6G 之间的差距，该项目团队还包括空军研究实验室 (AFRL) 和一家新初创公司 CapV LLC。代顿大学电气与计算机工程教授 Guru Subramanyam 解释说，该项目的重点是通过激励关键技术快速成熟来实现从实验室到晶圆厂的过渡，以造福于国防部 (DoD)。

中西部微电子联盟 (MMEC) 资助了该微电子共享项目，该项目是美国国防部《创造半导体生产有益激励 (CHIPS) 法案》的一部分。 MMEC 是全国建立的八个中心之一，位于俄亥俄州代顿。作为仅有的五个 5G/6G 项目之一，WMSDR 目前正处于三年计划的第一年。

洛克希德·马丁公司领导 WMSDR 项目团队。事实上，洛克希德公司在 2018 年就联系了代顿大学，当时 Subramanyam 正在与一家名为印第安纳微电子公司的公司合作，获得空军资助的小型企业技术转让研究 (STTR) 第一阶段拨款。洛克希德公司认识到变容二极管有潜力帮助他们小型化宽带可调谐滤波器。从那时起，他们从 2018 年开始启动独立研发 (IRAD) 计划到 2020 年，我们将在高达 18 GHz 的超小型可调谐滤波器上工作大约两年。这些滤波器的尺寸约为 11 x 11 mm2，总体计划目标是芯片级集成。

在洛克希德 IRAD 项目结束时，该团队赢得了 DARPA 宽带自适应射频保护 (WARP) 第一阶段项目。 WARP 可调谐滤波器专为消除干扰和其他性能而设计。洛克希德·马丁公司、代顿大学 (UD)、Indiana Micro 和 3D Glass Systems (3DGS) 都参与了第一阶段和第二阶段项目。第二阶段结束时，CapV LLC 成立，致力于薄膜变容二极管技术的商业化。整个 WARP 团队与英特尔公司一起，赢得了 ME Commons 计划当前的 WMSDR 资金。

作为一家从实验室到晶圆厂的转型公司，CapV 开发了支持人工智能的变容二极管和基于变容二极管的芯片。 Subramanyam 将他们制造的芯片列为他当前工作中最兴奋的事情之一。他说，“我们制造这些薄膜变容二极管芯片。芯片可以像单个变容二极管一样简单，它可以用作调谐元件并与其他芯片以混合方式集成。同时，我们还可以制造基于多变容二极管的复杂芯片，例如用于精确相位控制的模拟移相器、可调谐真时延单元和可重构天线，这些对于多输入多输出（MIMO）应用都很重要。”

6G 安全和性能

除了芯片之外，还有 FR3 和 6G 性能，Subramanyam 预计延迟、带宽和连接性都会得到改善，例如提供更快的数据传输以及链路和 MIMO 系统方面的增强性能。他说：“更令我们兴奋的是，即使在 FR3 频段，您也可以使用我们的技术轻松将射频前端模块从一个中心频率切换到完全不同的频率。如果存在一些干扰源，您可以快速感知并移动到不同的频率”频带并仍然实现非常高的带宽和其他性能特征。这就是变容二极管技术提供的功能。”

工程师可以简单地提高或降低频率，这样他们就可以避免干扰附近任何地方的信号，从而有效地获得必要的带宽。该解决方案在隐私和安全方面也有潜在的应用。

变容二极管的设计与集成

“这项技术有很多应用，”Subramanyam 指出。 “基本上，所有这些都将用于芯片级解决方案。挑战在于将我们的芯片级解决方案集成到现有的射频电路和系统中。我们已经成功展示了适用于高达 18 GHz 应用的芯片，在集成我们的变容二极管以及演示可调谐滤波器和其他应用方面没有出现任何问题。”

Subramanyam 相信变容二极管技术在更高的 FR3 频率下也能很好地工作。 CapV 一直与 Mod 合作elithics Corp. 将开发变容二极管芯片模型，以便与是德科技的先进设计系统 (ADS) 和 Cadence 的 AWR 电子设计自动化 (EDA) 工具集成。 Modelithics 为 CapV 的变容二极管芯片开发了高达 67 GHz 的模型。这些变容二极管可针对多种外形尺寸和集成要求进行设计。 Subramanyam 说：“例如，我们可以通过多种方式设计 50 欧姆共面波导 (CPW) 传输线，因为信号线的宽度与地线之间的间距决定了特性阻抗。我们可以将我们的设备集成到多种不同的现有设计中。”

因此，Subramanyam 表示一切几乎都是定制设计。例如，这种方法意味着他们还必须设计偏置电路，以使用数模转换器 (DAC) 精确控制变容二极管。 Subramanyam 指出：“我们还需要确保在现有电路板上正确布线偏置线，并且这些电路板不会影响其余射频电路的性能。”

CapV 还在开发用于薄膜变容二极管技术的工艺设计套件 (PDK)，目标是在 2026 年最后一个季度之前提供多项目晶圆 (MPW) 服务。“一旦我们拥有 PDK，”Subramanyam 表示，“我们可以为任何想要尝试我们的变容二极管技术的客户设计和制造定制芯片。 CapV 将成为唯一一家使用薄膜变容二极管技术提供定制 MPW 芯片制造服务的美国实体。”

置信度测试

薄膜变容二极管是 WMSDR 项目的关键组件，用于可重构射频 (RF) 前端和干扰消除。该团队已经对变容二极管进行了高达 67 GHz 的测试，因此他们对其运行充满信心。通常，他们首先进行电磁 (EM) 仿真来评估芯片的性能。 Subramanyam 说：“显然，我们尝试对一切进行建模，包括寄生效应。我们需要保留考虑到混合封装、引线键合和直流偏置线。我们非常非常仔细地对一切进行建模，并确保我们可以使用其辍学测试结构来表征芯片的每个组件。”

Subramanyam 表示：“我们已经为 WMSDR 项目提供了变容二极管芯片。我们的团队已将变容二极管器件与其余芯片集成并构建了 WMSDR 系统。演示计划在第一年年底进行。我们正在努力解决项目下一阶段覆盖 FR3 频段及以上频段的挑战。“

会见专家

Subramanyam 刚刚完成了他在代顿大学任教的第 27 个年头。他是一名经过培训的电气工程师，在辛辛那提大学获得了电子工程硕士学位和微电子博士学位。在攻读博士学位期间，他研究了俄亥俄州克利夫兰美国宇航局格伦研究中心资助的高温超导薄膜。他与美国宇航局格伦研究人员在社区密切合作1986 年至 1993 年间，他在研究生期间在通信技术部门工作。他将薄膜变容二极管研究的原因归功于 NASA Glenn 的同事。 1997 年至 2001 年，他在 NASA Glenn 担任暑期教师期间，设计并开发了用于卫星通信的基于铁电薄膜的可调谐滤波器。

Subramanyam 说：“在担任暑期研究员的第一年，我接触到了薄膜铁电体，并开始致力于集成用于 Ku 波段可调谐滤波器的薄膜变容二极管。在我的整个职业生涯中，使用新材料和新器件一直令人兴奋。尽管我是一名电子工程师，但我喜欢解决微波和毫米波电路的许多材料加工和材料集成问题，并使它们正常工作。”

自 1998 年加入 UD 以来，Subramanyam 一直与 AFRL 材料和制造理事会以及传感器理事会合作。“我继续与 AFRL 的同事合作美国空军研究实验室。我们在 AFRL、UD 和 CapV 拥有一支优秀的研究人员团队。我们很高兴能够转变我们多年来开发的技术。”

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6G CapV有限责任公司 是德科技 纽约证券交易所：KEYS 代顿大学