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超宽带是一种新兴的无线通讯技术，它具有高速率、低功耗和低造价的显著特点，备受工业界和学术界的关注，是当前无线通讯领域的研究热点。在超宽带系统的实现过程中，超宽带天线、单元电路、收发机结构和单片系统集成的实现是目前超宽带射频前端研究的主要挑战和困难。本文以3.1-5GHz的第一代超宽带射频前端为研究对象，设计并实现了超宽带微带天线和超宽带低噪声放大器。面对超宽带系统单片集成中射频串扰隔离的挑战，创新性地提出了选择性背向生长厚膜多孔硅的新技术，并实验验证了该技术在解决超宽带单片集成中高频串扰问题的可行性和有效性。
设计并实现了3.1-5GHz的新型超宽带微带天线。从微带天线的阻抗和辐射特性出发，针对当前超宽带天线研究中低造价、小体积和易集成的设计要求，我们设计并实现了菱形、六边形、酒杯形和铲形超宽带微带天线。所设计的四种微带天线以1.6mm的FR-4为基板，采用双面PCB工艺加工制造。测试结果表明，所设计的菱形、六边形和酒杯形超宽带天线在3.1-5GHz的工作频段上具有很好的输入匹配特性，超过了商用的超宽带天线(SkyCross，3.1-6GHzUWBAntenna)，与近年来国际上的报道相比较，所设计的天线在低造价、小体积方面具有明显的优势。
设计并实现了性能优越的超宽带低噪声放大器。该放大器采用新型共基极和电阻反馈两级级联的拓扑结构。电路的设计和实现采用JazzSemiconductor公司的0.35μmSBC35BiCMOS的工艺。测试结果说明，所设计的超宽带LNA具有较好的电路特性。在3.1-5GHz的工作频段内，增益保持在15dB附近，最大增益为15.7dB，增益平整度约为0.6dB。噪声系数的最小值为3.8dB@4GHz，工作频段内的最大噪声为4.6dB@5GHz。在2.8～6.4GHz的3dB带宽范围内，S11和S22都小于-8.5dB，具有较好的输入输出匹配特性。电路的反向隔离S12，在2-6GHz的扫描频段内都小于-50dB。在3V的直流偏置下，总功耗接近于2lmW。整个芯片面积只有0.585mm2。与国际上近年来的报道结果相比较，我们所设计的超宽带LNA，面积较小，增益特性较为理想。
创新性地提出了超宽带单片集成的多孔硅隔离新技术，并实验验证了该技术的可行性和有效性。它具有背向生长、选择性生长和厚膜生长的显著特点，确保了该技术与标准工艺的兼容性和高效性。论文中首先对采用选择性背向生长厚膜多孔硅技术，实现串扰隔离和高品质集成电感进行了仿真验证，为后续实验验证和设计提供了重要的参考依据。然后，自制了多孔硅生长设备，通过实验掌握了选择性生长厚膜多孔硅的关键参数。最后，设计并制造了验证选择性背向生长厚膜多孔硅技术的电路，并用该技术对电路进行了加工制造。典型的测试结果说明，对于串扰隔离，当间距为100μm和200μm的验证结构之间形成多孔硅槽后，在1-15GHz的频段范围内，串扰特性至少会被抑制20dB以上；对于集成电感，以4.5nH电感为例，当局部的高阻多孔硅衬底形成后，电感的Q值会有大幅提高(4.8-9.7，提高比例接近于100﹪)，自谐振频率从4GHz提高到近12GHz(近200﹪)。所得的各项实验数据证明，选择性背向生长多孔硅技术能够有效地抑制硅芯片中的高频串扰，减小硅衬底的损耗，提高集成电感的品质因子和自谐振频率。选择性背向生长厚膜多孔硅是一种与标准工艺相兼容，具有低造价和易实现特点的新技术，它为超宽带系统单芯片集成的实现提供了一种可行的技术方案。