第九章 微波器件与微波集成电路
常见微波元件PPT课件
中功率负载
大功率风冷匹配负载
3 2
4
波导型定向耦合器，其
1
4端口配置了一个小功 率匹配负载。
4
1
微带线型耦合器，其 4端口 配置了一个50 欧姆的匹配 负载。
• 短路负载 • 作用：将电磁能量全部反射回去 • 基本要求： 保证接触处||=1；当活塞移动时，接触损耗变化小；大功率时，活塞与波导壁间不应 产生打火现象。 • 种类：
隔离口④：一路经lg/4、另一路经3lg/4（等幅反相）在④口输出，④无输出。
由端口①输入的功率：
端口①匹配无反射；
S11 0
直通臂②输出功率为一半，相位滞后 /2；
耦合臂③输出功率为一半，相位滞后 ；
隔离口④无输出。
S41 0
分支耦合线具有结构对称性，其任一
端口都可作输入端口，两输出端口总
是在与输入端口相反的一边。
• 同轴线微带转换器
① 工作原理：同轴线中心导体 电流在微带线上激励场
② 注意：与微带连接处的同轴 线内导体的直径的选取与微 带线的特性阻抗有关，通常 使内导体直径等于微带线宽 度。
• 波导微带转换器
作用：将TE10 波转换为TEM 工作原理：在波导与微带线之间加一段脊波导过渡段，使微带线与波
3 1
E-T的S矩阵为：
2
1
1
1
2
2
2
S
1
1
1
2
2
2
1
1
0
2
2
H-T分支
1. 当信号由③口入时，①和②口都有等幅同 相输出
2. 当信号由1和2端口等幅同相输入时，3端口 输出最大
MMIC单片微波集成电路
单片微波集成电路（MMIC），有时也称射频集成电路(RFIC)，它是随着半导体制造技术的发展，特别是离子注入控制水平的提高和晶体管自我排列工艺的成熟而出现的一类高频放大器件。
微波集成电路 Microwave Integrated Circuit工作在300M赫～300G赫频率范围内的集成电路。
简称MIC。
分为混合微波集成电路和单片微波集成电路。
前者是用厚膜技术或薄膜技术将各种微波功能电路制作在适合传输微波信号的介质(如高氧化铝瓷、蓝宝石、石英等)上，再将分立有源元件安装在相应位置上组成微波集成电路。
这种电路的特点是根据微波整机的要求和微波波段的划分进行设计和制造，所用集成电路多是专用的。
单片微波集成电路则是将微波功能电路用半导体工艺制作在砷化镓或其他半导体芯片上的集成电路。
这种电路的设计主要围绕微波信号的产生、放大、控制和信息处理等功能进行，大部分电路都是根据不同整机的要求和微波频段的特点设计的，专用性很强。
在这类器件中，作为反馈和直流偏置元件的各个电阻器都采用具有高频特性的薄膜电阻，并且与各有源器件一起封装在一个芯片上，这使得各零件之间几乎无连线，从而使电路的感抗降至最低，且分布电容也极小，因而可用在工作频率和频宽都很高的MMIC放大器中。
目前，MMIC的工作频率已可做到40GHz，频宽也已达到15GHz，因而可广泛应用于通信和GPS, 等各类设备的射频、中频和本振电路中。
根据制作材料和内部电路结构的不同，MMIC可以分成两大类：一类是基于硅Silicon晶体管的MMIC，另一类是基于砷化镓场效应管（GaAs FET）的MMIC。
GaAs FET类MMIC具有工作频率高、频率范围宽、动态范围大、噪声低的特点，但价格昂贵，因此应用场合较少；而硅晶体管的MMIC性能优越、使用方便，而且价格低廉，因而应用非常广泛.微波集成电路是工作在微波波段和毫米波波段，由微波无源元件、有源器件、传输线和互连线集成在一个基片上，具有某种功能的电路。
微波集成电路及其CAD概念综述
第1章绪论微波电路开始于40年代应用的立体微波电路[1]，它是由波导传输线、波导元件、谐振腔和微波电子管组成。
随着微波固态器件的发展以及分布型传输线的出现，60年代初，出现了平面微波电路，它是由微带元件、集总元件、微波固态器件等利用扩散、外延、沉积、蚀刻等制造技术将这些无源微波器件和有源微波元件制作在一块半导体基片上的微波混合电路[2]，即HMIC。
它属于第二代微波电路。
与以波导和同轴线等组成的第一代微波电路相比较，它具有体积小、重量轻等优点，避免了复杂的机械加工，而且易与波导器件，铁氧体器件连接，可以适应当时迅速发展起来的小型微波固体器件。
又由于其性能好、可靠性强、使用方便等优点，因此即被用于各种微波整机，并且在提高军用电子系统的性能和小型化方面起了显著的作用[3]。
70年代，GaAs材料制造工艺的成熟，对微波半导体技术的发展有着极为重要的影响。
GaAs材料的电子迁移率比Si高七倍，而且漂移速度也比Si高的多，这种高频高速性能是由其材料特性决定的。
又由于GaAs材料的半绝缘性(其电阻率可达105Ω/cm)可以不需要采用特殊的隔离技术而将平面传输线，所以无源元件和有源元件集可以成在同一块芯片上，更进一步地减小了微波电路的体积。
正是由于GaAs技术的问世与GaAs材料的特性而促成了由微波集成电路向单片集成电路的过渡。
与第二代的微波混合电路HMIC相比较，MMIC的体积更小、寿命更长、可靠性高、噪声低、功耗小、工作的极限频率更高等优点。
例如在在HMIC与MMIC就高增益放大器的比较中可以发现（见表1-1）[4]：放大器的尺寸，MMIC元件数，连线接头数均比要HMIC少，且二者的电器性能相近，MMIC的极限频率和增益要比HMIC大。
因此，受到广泛的重视。
尽管MMIC技术发展很快，但至今为止仍然存在这某些互联困难。
某些性能指标的常规电路元件不能制造，开发费用高等问题。
我国MMIC受到投资不足，技术水平低等条件的限制，发展一直比较缓慢。
微波集成电路讲稿本
参考书目：1、微波集成电路国防工业出版社2、毫米波工程基础薛良全国防工业出版社3、Radio Frequency and Microwave Electronics Illustrated4、RF Circuit Design Theory and Application 科学出版社5、Secrets of RF Circuit Design 电子工业出版社本门课程主要讲述固态器件在微波、毫米波电路中的基本工作原理和技术，另外再补充介绍一些微波毫米波固态电路中的新进展（MMIC、MCM等等）。
教材主要分为三部分：1）传输线与电路、半导体物质基本原理的回顾（2、3、4章）2）二端固态器件应用（5、6、8、9、10、11章）3）三端固态器件、电路和应用（12、13、14、15、16章）另外，第7章介绍接收机设计中涉及的噪声系数和其它一些系统参数。
Chap.1 Introduction微波技术适用的频率范围为300MHz~300GHz.1.1 HISTORY OF MICROW A VE SOLID-STATE DEVICE AND CIRCUITS在二十世纪六十年代以前，微波电路与设备基本上都是由波导、同轴线和真空电子器件组成，在六十年代，微波领域有两上较大的技术变革：一、研制出多种微波固态有源器件。
二、微波平面传输线的深入研究与实用化。
Microwave solid-state active devices.比如：1）Varactors：主要用于倍频和参量放大。
Gunn device、IMPATT diode：用于负阻振荡。
PIN ：开关。
2）bipolar transistor 工作范围一般在4GHz 以下。
GaAs MESFET （metal-semiconductor field-effect transistor ）可用至100GHz 。
二级电子气的HEMT （high electron mobility transistor ）和异质结场效应管HFET （heterojunction FET ），目前在100G 范围内占主导地位。
微波结构设计书籍
微波结构设计书籍微波结构设计是无线通信领域中的重要一环，它涉及到无线设备的性能和可靠性。
许多书籍都涵盖了微波结构设计的各个方面，包括理论知识、设计方法和实际应用等。
本文将介绍一些经典的微波结构设计书籍，帮助读者了解和学习这一领域的知识。
一、《微波电路设计基础》这本书是微波电路设计的入门级教材，适合初学者阅读。
它涵盖了微波电路的基本原理、常用元器件的特性和设计方法等内容。
通过该书的学习，读者可以了解微波电路的基本概念和设计流程，为后续深入学习打下坚实的基础。
二、《微波集成电路设计》这本书介绍了微波集成电路的设计理论和方法。
它详细讲解了微波集成电路的特点、设计流程以及常用的封装和布线技术等内容。
通过该书的学习，读者可以了解微波集成电路的设计原理和实际应用，为实际工程项目提供指导和参考。
三、《微波器件与电路设计》这本书主要介绍了微波器件和电路的设计方法和技巧。
它包括了微波器件的特性和参数、微波电路设计的基本原理和方法以及微波电路的优化和调试等内容。
通过该书的学习，读者可以了解微波器件和电路设计的基本知识，提高设计的准确性和可靠性。
四、《微波天线设计与应用》这本书主要介绍了微波天线的设计原理和应用技巧。
它包括了微波天线的基本原理、常见微波天线的特点和设计方法以及微波天线的优化和调试等内容。
通过该书的学习，读者可以了解微波天线的设计流程和实际应用，提高微波通信系统的性能和覆盖范围。
五、《微波射频集成电路设计与应用》这本书主要介绍了微波射频集成电路的设计原理和应用技巧。
它包括了微波射频集成电路的基本知识、射频电路的特性和设计方法以及射频电路的优化和调试等内容。
通过该书的学习，读者可以了解微波射频集成电路的设计流程和实际应用，提高无线通信设备的性能和可靠性。
六、《微波系统设计与仿真》这本书主要介绍了微波系统的设计和仿真方法。
它包括了微波系统的基本原理、系统设计的流程和方法以及系统仿真和优化等内容。
通过该书的学习，读者可以了解微波系统设计的基本知识和仿真技术，提高微波通信系统的设计效率和性能。
微波工程基础课件
案例四
总结词
该卫星导航系统在设计与实现过程中， 通过对定位算法和信号处理技术的优化， 提高了定位精度和可靠性。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱVS
详细描述
该卫星导航系统在设计与实现过程中，采 用了先进的定位算法和信号处理技术，实 现了高精度、高可靠性的目标定位。同时， 通过对卫星信号接收质量的分析和优化， 提高了系统的抗干扰性能。此外，还通过 采用模块化设计方法，降低了系统复杂度， 提高了可维护性和可扩展性。
宽带宽和短波长的特点。
高增益特性
02 由于微波毫米波系统的传输距离较短，因此需要高定
向性和高增益的天线来提高信号接收效率。
干扰和噪声特性
03
由于微波毫米波系统的频带很宽，因此容易受到各种
干扰和噪声的影响，需要采取有效的措施进行抑制。
微波毫米波系统的应用领域
通信领域
01
利用微波毫米波系统的宽带和高速特性，可以实现大容量、高
介质谐振器参数
描述介质谐振器性能的参数，包括谐 振频率、品质因数、损耗角等。
PART 03
微波电子学基础
电子注与微波电场
电子注
在微波工程中，电子注指的是在强电场作用 下，具有足够动能的电子束。
微波电场
微波电场是一种交变电场，其频率在微波频 段。
电子注的驱动与控制
要点一
电子注驱动
通过在电子注通道中施加适当的高频电场，使电子注得到 加速。
微波工程的应用领域
雷达和通信
雷达是利用微波进行测距、定 位和跟踪的一种装置，而通信 则是利用微波进行信息传输的
一种方式。
导航
在飞机、船舶等交通工具中， 利用微波进行导航定位已经成 为了普遍的应用。
加热和干燥
微波半导体器件及微波集成电路
微波半导体器件及微波集成电路，从雷达，导航，电子对抗等军事应用领域。
迅速扩展到微波中继通信，卫星通信，移动通信，无绳电话，卫星直播电视无线电缆电视，安全防范等众多的商用领域。
这些应用领域的发展，方兴未艾，前景广阔应用的扩大，市场需求的增长，有力地促进了微渡半导体器件及微波集成电路品种的发展和性能的提高。
微波半导体器件及微波集成电路的生产，也从多品种，小批量的小规模方式，迅速向集约化，大规模方式发展近年来，国外利用微波频段电磁波的特性，研制生产了大量用于非电参量的检测和无损伤探测方面的微波传感器。
微波传感器具有不接触，无损伤，连续，实时，远距离，无毒害，不污染环境，易于维护，成本较低等一系列优点，在许多场合十分有用。
长期来，传感器的电检测技术基本上局限于低频和光频两个频段并从集成电路参数和电压，电流的观点来研究各种传感器的性能，很少使用它们之间的微波频段并从电磁波的角度来研究传感器。
本文的目的在于引起人们对微波传感器这一新兴领域的重视我们相信。
随着这一领域的开拓和发展，不仅为传感器增加了新的分支和新的品种而且也为微波半导体器件和微波集成电路开辟了新的应用前景。
微波传感器的原理电磁波包括的频谱范围极宽，它们的特性因频率不同而各异。
它的低端频率为300，高端可达300。
微波具有一系列特性，用来进行非电参置的无损检测是很合适的。
例如，微波具有良好的定向辐射性能，在自由空间沿直线传播且速度等于光速，在反射，折射，绕射，散射，干涉时遵循与光同样的物理定律。
微波能够穿透大多数非金属材料，包括许多对光波来说是不透明的材料。
并且与这些材料的分子相互作用。
从内部不均匀处产生反射，散射。
微波遇到良导体时几乎全部反射，良导体在徽捩频率的趋肤深度仅几微米第四，介质对微波正比于介质的介电系数。
水的电系数较大，对微波的吸收很强第五，当微波被运动物体所反射时，微波的频率会变化。
其变化的大小与运动物体的速度有关，这就是所谓的多卜勒效应。
探讨射频微波集成电路设计
探讨射频微波集成电路设计当前，微波单片集成电路已经在各类高技术装备中得到了广泛的应用，例如电子战系统、战术导弹、通信系统等。
电路系统作为相控阵雷达的基础，电路组件的各个指标均会对雷达技术的发展造成影响，性能指标也影响着雷达的技术标准，体积和重量对雷达的成本、稳定性和小型化以及应用前景也有比较大的影响。
而基于微波集成电路的设计可以有效降低雷达的重量、缩小雷达的体积、提高雷达的稳定性。
1 相控阵收发组件中应用射频微波集成电路的意义1.1 射频损耗比较低，接收或者是发射的效率比较高原来就有收发组件的可以直接连接天线，也可以直接做到天线上，从而使接收或者是发射信号的频率损耗得到有效控制。
一般情况下，射频损耗要比无源相控小6～10dB，也就是灵敏度被提升了6～10dB，因此，在同样的发射功率下，雷达的最大探测距离会被提升70%左右。
1.2 提升了雷达分辨率一般情况下，有源相控阵的信号带宽能够达到载波信号的1/5，而无源相控阵信号带宽的最大值仅为1/10左右，这就可以发现，有源相控阵雷达比无源相控阵雷达的频率高出很多。
信号带宽增加以后，会给敌方跟踪造成严重的干扰，从而使雷达的抗干扰能力得到不断的提升。
1.3 实现了小型化和轻质化单片微波集成电路被采用后，使雷达的体积得到了有效的缩减，使雷达的重量得到降低，从而使雷达成本得到了有效控制。
1.4 提高了可靠性许多T/R组件分布在有源阵里，T/R组件出现问题的数目在10%左右的时候，雷达距离变化不明显；问题数目在5%之内的时候，副瓣电平变差不明显，所以有源相控阵雷达系统要比无源相控阵雷达系统的可靠性高出一个数量级。
1.5 多功能性多个接收波束的自适应控制以及数字波束的构成都可以得到较好的实现，还可以将多功能进行较好的实现。
2 氮化镓工艺在射频微波集成电路设计中的应用2.1 设计优点在国民经济中，射频微波单片集成电路发挥的作用至关重要，尤其是在军事领域和通信领域中所发挥的作用特别重要。
微电子器件授课教案
微电子器件授课教案第一章：微电子器件概述1.1 微电子器件的定义与分类1.2 微电子器件的发展历程1.3 微电子器件的基本原理1.4 微电子器件的应用领域第二章：半导体物理基础2.1 半导体的基本概念2.2 半导体的能带结构2.3 半导体材料的制备与分类2.4 半导体器件的掺杂原理第三章：晶体管器件3.1 晶体管的基本原理3.2 晶体管的结构与类型3.3 晶体管的制备与加工3.4 晶体管的性能参数及应用第四章：集成电路概述4.1 集成电路的基本概念4.2 集成电路的分类与结构4.3 集成电路的制备工艺4.4 集成电路的应用领域第五章：微电子器件的可靠性5.1 微电子器件可靠性的基本概念5.2 微电子器件失效的原因及机制5.3 微电子器件可靠性提升的方法5.4 微电子器件的可靠性测试与评估第六章：二极管器件6.1 二极管的基本原理与结构6.2 二极管的制备与掺杂6.3 二极管的性能参数及测试6.4 二极管的应用领域第七章：场效应晶体管（FET）7.1 FET的基本原理与结构7.2 FET的制备与加工7.3 FET的性能参数及特性曲线7.4 FET的应用领域及发展趋势第八章：双极型晶体管（BJT）8.1 BJT的基本原理与结构8.2 BJT的制备与掺杂8.3 BJT的性能参数及工作原理8.4 BJT的应用领域及发展趋势第九章：集成电路设计9.1 集成电路设计的基本流程9.2 数字集成电路设计9.3 模拟集成电路设计9.4 集成电路设计工具与方法第十章：微电子器件的封装与测试10.1 微电子器件封装的基本概念10.2 常见封装形式及其特点10.3 微电子器件的测试方法10.4 微电子器件的质量控制与可靠性提升第十一章：功率半导体器件11.1 功率半导体器件的分类与原理11.2 功率晶体管和功率二极管11.3 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）11.4 功率集成电路与模块第十二章：微波半导体器件12.1 微波半导体器件的分类与原理12.2 微波二极管和微波三极管12.3 微波集成电路与系统12.4 微波半导体器件的应用第十三章：光电子器件13.1 光电子器件的基本原理13.2 激光二极管与光检测器13.3 光电子集成电路与系统13.4 光电子器件的应用与发展第十四章：半导体存储器14.1 存储器的基本原理与分类14.2 随机存取存储器（RAM）14.3 只读存储器（ROM）与闪存14.4 存储器系统与新技术第十五章：微电子器件的进展与未来15.1 微电子器件的技术发展趋势15.2 纳米电子学与量子器件15.3 生物医学微电子器件15.4 环境与能源相关的微电子器件重点和难点解析第一章：微电子器件概述重点：微电子器件的定义、分类和应用领域。
微波电路与器件(中国电子学会培训资料)
2.3.1圆柱腔体谐振器设计 圆柱腔体谐振器设计
2.3.1.1概念： 概念： 概念 1)圆波导的谐振波数： 圆波导的谐振波数： 圆波导的谐振波数 （l=0,1,2） ） 2)谐振频率为： 谐振频率为： 谐振频率为
cx cl 2a (2af mn ) = mn + π 2 d
w0 B εr
s0
w0
1.1.5.1 带状线耦合器综合设计的解析公式 1）由耦合器的阻抗： ）由耦合器的阻抗：
K ' ( ko ) ε r Z oo = 30π K ( ko )
K ' ( ke ) ε r Z oe = 30π K ( ke )
K ' ( ko ) Z K ' ( ke ) Z oe = ε r oo = X o = εr = Xe K ( ko ) 30π K ( ke ) 30π
1.2.1电感器设计公式及实例 电感器设计公式及实例
集总参数电感器用一小段短路线(Z ）， 集总参数电感器用一小段短路线 =0）， 其输入阻抗表示为： 其输入阻抗表示为： Zin=Z l=R+jωL= jωL 可以用金属线、带线来实现低电感， 可以用金属线、带线来实现低电感，典型值 2-3nH; 螺旋电感具有较高的Q值和较高的电感量 值和较高的电感量， 螺旋电感具有较高的 值和较高的电感量， 一般0.5-5nH。 一般 。
2 2 2 2
k mnl
x m n 2 lπ 2 = + d a
1/ 2
2.3.1.2常用的工作模式 常用的工作模式
谐振腔常用的工作模式: 谐振腔常用的工作模式 TE111,TM010,TE011. TE111特点 是圆柱腔的最低次膜 单一模式的频带 特点:是圆柱腔的最低次膜 是圆柱腔的最低次膜,单一模式的频带 值低,中等精度 宽(1.5:1);Q值低 中等精度 加工精度高 值低 中等精度; 加工精度高.
射频微波的器件有哪些？
射频微波技术涉及到各种不同类型的器件，这些器件用于生成、传输、接收和处理射频微波信号。
以下是一些常见的射频微波器件：1.射频天线：射频天线用于辐射和接收射频信号。
它们来自各种形状和类型，包括偶极天线、单极天线、方向天线、扫描天线等。
2.射频放大器：射频放大器用于增加射频信号的幅度。
它们可以是放大器模块、晶体管放大器、功率放大器等。
3.射频滤波器：射频滤波器用于选择性地通过或拒绝特定频率范围内的信号。
它们有带通滤波器、带阻滤波器和带通滤波器等类型。
4.射频混频器：射频混频器用于将两个或多个不同频率的信号混合在一起，以产生新的频率组件。
这在频谱分析和频率转换中很有用。
5.射频开关：射频开关用于在电路中切换信号路径，以实现连接和断开。
它们通常用于射频前端模块的切换和控制。
6.射频功率分配器和耦合器：这些器件用于将射频信号分配到多个路径或合并来自多个路径的信号。
7.射频调制器和解调器：射频调制器用于将基带信号调制到射频载波上，而射频解调器用于从射频信号中提取基带信号。
8.射频振荡器：射频振荡器用于产生稳定的射频信号，通常作为时钟信号或局部振荡器在接收器和发射器中使用。
9.射频传输线：这包括微带线、同轴电缆、波导等，用于将射频信号从一个地方传输到另一个地方。
10.射频集成电路（RFIC）：RFIC是专门设计用于射频应用的集成电路，包括射频放大器、混频器、滤波器和其他功能。
这些器件在射频微波系统中起着关键作用，它们通常需要精确的设计和调整，以确保系统性能的优良。
不同的应用需要不同类型的器件，以满足其特定的要求。
微波技术总结知识点
微波技术总结知识点微波技术的基本原理微波是电磁波的一种，波长短于毫米级的电磁波称为微波。
微波技术利用微波进行通信和处理信号，主要包括微波通信技术、微波信号处理技术以及微波器件技术。
微波通信技术是指利用微波进行通信的技术，通常采用微波天线和微波谐振器等设备来传送和接收信号。
微波通信技术在军事和民用领域都有着广泛的应用，可以实现远距离、高速率和大容量的数据传输。
微波信号处理技术是指利用微波对信号进行处理的技术，包括微波滤波器、微波放大器、微波混频器等器件。
这些器件可以对信号进行放大、滤波、混频等操作，以满足不同的通信需求。
微波器件技术是指用于处理微波信号的器件技术，主要包括微波天线、微波电路、微波集成电路等。
这些器件可以完成微波信号的发送、接收和处理，是微波技术的重要组成部分。
微波技术的应用领域微波技术已经广泛应用于通信、雷达、医疗、无线电视、卫星通信等领域，使得这些领域的设备更加高效、精密和方便。
下面将分别介绍微波技术在这些领域的应用。
在通信领域，微波技术主要应用于微波通信系统、微波网络和微波设备中。
微波通信系统利用微波进行信号传输，可以实现高速率和大容量的数据传输，适用于长距离通信。
微波网络是指采用微波进行连接的通信网络，可以覆盖大范围的区域，适用于城市和农村的通信需求。
微波设备包括微波发射器、微波接收器和微波天线等设备，可以实现对微波信号的发送、接收和处理。
在雷达领域，微波技术主要应用于雷达系统、雷达信号处理和雷达器件中。
雷达系统利用微波进行目标检测和跟踪，可以实现对目标的远程监测和控制。
雷达信号处理是指对雷达信号进行处理和分析，以获得目标的位置、速度等信息，是雷达系统中的重要环节。
雷达器件包括雷达天线、雷达电路和雷达传感器等器件，可以实现对雷达信号的发送、接收和处理。
在医疗领域，微波技术主要应用于医疗设备、医疗通信和医疗图像处理中。
医疗设备利用微波进行医疗诊断和治疗，可以实现对人体的无损检测和治疗。
MMIC单片微波集成电路
单片微波集成电路（MMIC），有时也称射频集成电路(RFIC)，它是随着半导体制造技术的发展，特别是离子注入控制水平的提高和晶体管自我排列工艺的成熟而出现的一类高频放大器件。
微波集成电路 Microwave Integrated Circuit工作在300M赫～300G赫频率范围内的集成电路。
简称MIC。
分为混合微波集成电路和单片微波集成电路。
前者是用厚膜技术或薄膜技术将各种微波功能电路制作在适合传输微波信号的介质(如高氧化铝瓷、蓝宝石、石英等)上，再将分立有源元件安装在相应位置上组成微波集成电路。
这种电路的特点是根据微波整机的要求和微波波段的划分进行设计和制造，所用集成电路多是专用的。
单片微波集成电路则是将微波功能电路用半导体工艺制作在砷化镓或其他半导体芯片上的集成电路。
这种电路的设计主要围绕微波信号的产生、放大、控制和信息处理等功能进行，大部分电路都是根据不同整机的要求和微波频段的特点设计的，专用性很强。
在这类器件中，作为反馈和直流偏置元件的各个电阻器都采用具有高频特性的薄膜电阻，并且与各有源器件一起封装在一个芯片上，这使得各零件之间几乎无连线，从而使电路的感抗降至最低，且分布电容也极小，因而可用在工作频率和频宽都很高的MMIC放大器中。
目前，MMIC的工作频率已可做到40GHz，频宽也已达到15GHz，因而可广泛应用于通信和GPS, 等各类设备的射频、中频和本振电路中。
根据制作材料和内部电路结构的不同，MMIC可以分成两大类：一类是基于硅Silicon晶体管的MMIC，另一类是基于砷化镓场效应管（GaAs FET）的MMIC。
GaAs FET类MMIC具有工作频率高、频率范围宽、动态范围大、噪声低的特点，但价格昂贵，因此应用场合较少；而硅晶体管的MMIC性能优越、使用方便，而且价格低廉，因而应用非常广泛.微波集成电路是工作在微波波段和毫米波波段，由微波无源元件、有源器件、传输线和互连线集成在一个基片上，具有某种功能的电路。
电磁场与微波技术教学资料 微波集成电路by田蕊
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• 21世纪——片上系统（SOC）
• 结构示意图如右所示
电源提供 和功耗管
理模块
SO C
微处理器/ 微控制器
CPU 内 核 模块
外部进行 通讯的接
口模块
嵌入的存 储器模块
SOC的前景
• SOC成为新一代应用电子技术的核心已经成为不争的事实 • 同时它使使单片机应用技术发生了革命性的变革
SOC的挑战
微波集成电路
电子信息工程 2019051796
田蕊
目录
• 简介 • 发展 • SOC的前景 • SOC的挑战
简介
• 微波集成电路是工作在微波波段和毫米波波段，由微波无 源元件、有源器件、传输线和互连线集成在一个基片上， 具有某种功能的电路。
发展Biblioteka 40年代60年代波导立体 电路
平面混合 集成电路
第一代
第三代微波电路
• 70年代起,GaAs技术的问世与GaAs材料的特性促成了由 微波集成电路向单片微波集成电路（MMIC）的过渡。
• 90年代起,把多块裸露的IC 芯片组装在同一块多层高密度 互连基板上，形成一个多芯片功能组件(MCM)。
第四代微波电路
含 有 ADC /D A C 的 模拟前端
模块
控制逻辑 模块
第二代
70-90年代
MMIC MCM
第三代
21世纪
SOC
第四代
第一代微波电路
• 微波电路开始于40年代应用的立体微波电路，它是由波导 传输线、波导元件、谐振腔和微波电子管组成的。
第二代微波电路
• 60年代初，出现了平面微波电路，它是由微带元件、集总 元件、微波固态器件等无源微波器件和有源微波元件利用 扩散、外延、沉积、蚀刻等制造技术，制作在一块半导体 基片上的微波混合集成电路，即HMIC，属于第二代微波 电路。
微波有源器件
于1000mw。
甘氏二极管工作模式
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② 限 制 空 间 电 荷 模 式 (Limited space-charge (LSA) mode)：
工作于限制空间电荷 模式，除 与器件本身特性有关外还与外 电路（谐振槽路）特性有关。 槽路中电磁振荡由甘氏管的脉 冲 电 流 激 励 的 。 N0L 必 须 是 1012/cm2 或 更 高 ， N0/F 必 须 在 2×105到2×104s/cm3之间。
谐振腔电路配合可获得的频率变化达倍频程。
甘氏二极管工作模式
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甘氏二极管可工作于多种模式，部分取决于器件本身特性，部分取决于外电 路特性。下面主要介绍渡越时间模式与限制空间电荷模式。
①渡越时间模式（transit time (Gunn) mode）
渡越时间模式是非谐振模式，与器件长度及外加直流偏压有关。直流偏压要
当工作于非谐振渡越时间模式 （unresonant transit-time mode） 在1-18GHz频率范围内，输出 功 率 最 高 可 达 2W ， 多 数 为 几 百毫瓦。
当工作于谐振限制空间电荷模 式 （ resonant limited spacecharge (LSA) mode）工作频率 可 到 100GHz ， 脉 冲 工 作 、 占 孔系数10%时，脉冲功率输出 到几百瓦。
图2-11 甘氏二极管振荡器
PIN二极管—结构
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PIN二极管（简称PIN管） 是微波控制电路中最重 要的一种微波控制器件。
PIN 管 与 一 般 的 PN 二 极 管（见图a）不同，在P 跟N型半导体材料之间 多了一个绝缘区，叫做 本征区。严格地说本征 区并非完全“绝缘”， 还有很少的载流子以支 持很小的电流，其结构 见图b。图c给出几种低 功率电平下的封装形式。
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9.2 微波元器件
一、分立微波元器件
1，无源器件
20世纪60~70年代，主要采用由铜或 者铝制作的方形波导、圆形波导。
环形隔离器（用于收、发两
方向信号隔离）
一、分立微波元器件
1，无源器件
可调衰减器
移相器
双脊波导 可调衰减器
2，有源器件
磁控管
行波管放大器
微波电真空器件
微波晶体管
二、 微波元器件
雷达和通信是微波技术应用的两个最重要领域。微波集 成电路在微波信号处理和微波设备中具有特别重要的地位。
第九章 微波器件 与微波集成电路
9.1 概述 9.2 微波元器件 9.3 微波天线 9.4 平面微波电路 9.5 微波电路与系统设计工具简介 9.6 我国微波的特性
1
2
3
4
5
6
似光性：微 似声性：传 穿透性：微 共渡性：电
波的传播特 送微波的波 波能深入到某 子在真空管
性和几何光 学相似，能 像光线一样 直线传播； 当照射到地 球上的一般
导类似于声 些物体内部或 内的渡越时
学中的传声 者穿透物体， 间（10-9秒左
筒；发射微 波的喇叭天 线和缝隙天
这和可见光不 同，和某些射 线相同（微波
二、微带元器件
2，器件
微带线匹配的50M功率放 大器
30GHZ微带毫米波耦合电路
印制电路板上微带线
二、微带元器件
3，应用
利用微带线理论可以设计微波带通滤波器；根据基片厚度、介质厚度、 介电常数等参数设计好结构样图后，利用扩散、外延、沉积、蚀刻等 工艺制造。
由于所用材料、工艺都不同于半导体集成电路，因而不能将微波集成 电路和半导体集成电路等同。
利用MEMS技术可以使无线通信设备中的外接分立元件达到 微型化，低功耗及可携带性的要求。MEMS可实现宏观机械上的 三维结构，使以前的无源器件的小型化成为可能，同时将版图面 积大幅度缩小，另外更加容易集成；MEMS和MMIC技术相结合制 成一种结合两种技术优点的器件或电路已成为一种趋势，它是当 前电子信息系统向微小型化、多样性和多功能化的发展方向。
《电子信息信息科学与技术导论》
第九章 微波器件与微波集成电路
前言
本章与第三章有一定的联系，第三章侧重介绍电磁波的基 本概念与应用，本章侧重介绍微波器件和微波电路，尤其是 微波集成电路。
“电磁场与微波技术” 是在 “电子科学与技术”一级学科 下设立的二级学科；该学科涉及电磁场理论、微波（毫米波） 技术、器件及其应用，包括电磁波和微波的产生、放大、发 射、接收、测量、传输、控制及应用技术，以及环境电磁学、 电磁兼容等交叉学科的内容。由于微波设备的应用越来越广 泛，尤其在国防军事领域它更是信息战的尖兵，是信息化武 器的一部分，因而需要培养掌握微波理论与技术，能从事微 波电路、设备的研究、设计和生产的大量科技人员。
从90年代开始，微带电路已开始在3mm波段用在微波集成电路中，至今 已进入1mm波段。微带集成的毫米波子系统和系统已经大量用子实际工 程。
微带电路是微波电路集成化、固态化、小 型化的基础。其理论、设计与制造是当前 我国的弱项，它关系国防现代化。
9.3 微波天线
一、微波抛物面天线
多种形式的抛物面天线
（1）20世纪40年代 分立微波电路
由波导传输线 及器件、谐振 腔和微波电子 管（包括速调 管、行波管、 磁控管、返波 管、回旋管、 虚阴极振荡器 等）等组成。
（2）60年代初 微波混合集成电路
由微带元件、集 总元件、微波固 态器件等无源微 波器件和有源微 波元件，利用扩 散、外延、沉积、 蚀刻等制造技术 制作在一块半导 体基片上的微波 混合集成电路。
9.3 微波天线
二、微波缝隙天线
实 物 原 理 图
雷达平板缝隙天线
缝隙天线应用
飞机
高速舰艇
缝隙天线 应用
飞船
导弹 雷达
微波集成电路也是发展各种 高科技武器的重要支柱，已 广泛用于各种先进的战术导 弹、电子战、测控系统、陆 海空基的各种先进的相控阵 雷达（特别是机载和星载雷 达）等。
三、微波电路的发展
微波成为一门独立的科学技术，开始于20世纪30年代，成熟于第二 次世界大战之后60、70年代。
1，微波电路的发展历程
右）与微波 的振荡周期
线类似于乐 可以透过塑料、 相当， 因而
器中的喇叭、 木板、植被、 控制电子的
物体上时， 箫和笛；微 积雪和地表层 渡越时间，
会产生反射、 波谐振腔类 等，其穿透能 可使电子能
折射。
似于声音共 力与波长有
鸣箱等。
关）。
量转换成微 波能量。
非电离性： 微波在穿 透物体时 不会改变 物质分子 的内部结 构或破坏 分子的化 学键。
（3）70年代 单片微波集成电路
单片微波集成电 路（MMIC）比混 合微波电路HMIC 体积更小、寿命 更长、可靠性高、 噪声低、功耗小、 工作的极限频率 更高，是当前微 波电路发展的主 要潮流。
2.MMIC与微机电系统（MEMS）结合
MMIC技术需采用多层集成电路工艺，利用多层基片内实现几 乎所有的无源器件和芯片互联，这就产生了三维多层微波集成电 路结构。建立在多层互连基片上的MCM（Multi-Chip Model）技 术将使微波/毫米波系统的尺寸变得更小。组装芯片的展数越多， 微波设备的体积就可以做得越小。这一需求促成了MMIC和微机电 的结合。
微波参数可 控性：微波 信号的频率、 相位等能够 控制。利用 这一特性可 让微波信号 承载大量的 信息。
二、 微波集成电路的应用
1，主要应用领域
雷达
医疗 气象
通信
导航
遥感
微波集成
电路应用
射电 天文
大地
工业 测量
检测
通信、雷达是应用最广的领域。
2，应用实例
微波集成电路已成为当前民 用电子设备，如移动电话、 无线通信、卫星通信、全球 定位系统、直播卫星电视和 毫米波自动防撞系统等的基 本电子器件，已形成了飞速 发展的巨大市场。
3，波导中的电磁波
电磁波能量在波导内以一定的“模式”传输，波导尺寸与模式有关。
矩型谐振腔中电力线、磁力线分布示意
波导外面没有电磁波。
二、微带元器件
1，原理
微带传输线 （单传输线）
带状传输线 （双传输线）
微带线基本结构型式有两种：微带传输线和带状传输线。 微带线是单接地板固体介质传输线，带状线是双接地板空 气或固体介质传输线。