Millimeter-wave reflectometers are essential in magnetic fusion devices due to their capability to precisely measure plasma density profiles and shape. This study investigates the application of system-on-chip (SoC) technology in microwave imaging reflectometer, with a focus on designing and integrating receiver components. Key aspects of SoC chip development and packaging are discussed. The 90 nm Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) receiver circuit includes a radio frequency low-noise amplifier (LNA) with a balun, a double-balanced mixer, an intermediate frequency amplifier, and an local oscillator balun. The receiver chip has a compact footprint of 1.219 × 0.82 mm2, containing 14 transistors and consuming 89 mW of power. Post-simulation results for the high-gain LNA demonstrate a gain range of 25–28 dB with a noise figure of 7.5 dB across a three-stage structure. The system achieves a measurable power sensitivity down to 0.25 nanowatts while maintaining a highly compact form factor. The SoC system shows strong potential for future fusion reactor applications, offering robustness and scalability under challenging operational conditions. Chip and module testing results further highlight the system's promise for high-performance, space-constrained environments.
ミリ波反射計は、プラズマ密度分布と形状を精密に測定する能力により、磁気核融合装置において不可欠である。本研究は、マイクロ波イメージング反射計におけるシステム・オン・チップ（SoC）技術の応用を調査し、受信機構成部品の設計と集積化に焦点を当てる。SoCチップ開発とパッケージングの主要な側面について議論する。この90 nm相補型金属酸化膜半導体（CMOS）受信回路は、バランを備えた高周波低雑音増幅器（LNA）、二重平衡ミキサー、中間周波増幅器、および局部発振器バランを含む。受信チップは、1.219 × 0.82 mm2のコンパクトな面積を有し、14個のトランジスタを含み、89 mWの電力を消費する。高利得LNAのポストシミュレーション結果は、3段構造において利得範囲25–28 dB、雑音指数7.5 dBを示す。このシステムは、非常にコンパクトな形状を維持しながら、0.25ナノワットまでの測定可能な電力感度を達成する。SoCシステムは、将来の核融合炉応用に対して強い可能性を示し、困難な動作条件における堅牢性と拡張性を提供する。チップおよびモジュールの試験結果は、高性能でスペースが制約された環境に対するこのシステムの有望性をさらに強調する。