单片射频微波集成电路技术与设计 MMIC移相器
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开展，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展设计和制造，所用集成电路多是专用的。
单片微波集成电路那么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展，大局部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，作为反应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，频宽也已到达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构造的不同，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。
mmic芯片
mmic芯片MMIC芯片全称为Monolithic Microwave Integrated Circuit，即单片微波集成电路。
它是一种在单个芯片上集成了微波电路的高频集成电路。
与传统的离散元件（如晶体管、电容、电感等）相比，MMIC芯片具有体积小、功耗低、性能稳定等优势，广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。
MMIC芯片的工艺是基于半导体材料的，常见的材料有GaAs （砷化镓）、InP（磷化铟）等。
这些材料具有良好的高频性能，在微波和毫米波频段有较强的传输能力。
借助先进的光刻技术和湿法或干法腐蚀工艺，可以将微波电路图案定义在芯片表面，并通过多层金属线路和电极连接不同的功能模块。
MMIC芯片的主要优势之一是集成度高。
采用微纳加工技术，可以在一块小小的芯片上实现多个功能模块，如低噪声放大器、功率放大器、射频开关等。
这种高度集成的特性使得系统设计更加灵活，减少了系统中的连接线路和元器件，提高了系统的可靠性和稳定性。
另一个优势是MMIC芯片具有宽频带特性。
在通信系统中，宽带通信是一种趋势。
传统的离散元件往往受到频率响应的限制，难以实现宽频带工作。
而MMIC芯片通过调整电路结构和参数，可以实现更大的频带宽度。
这对于高速数据传输和宽带无线通信等应用非常有益。
此外，MMIC芯片还具有较低的功耗和较小的体积。
高频通讯系统对功耗和体积有较高的要求，特别是在移动通信设备中，需要追求小巧轻便。
MMIC芯片由于集成度高、元器件数量少，因此功耗相对较低。
而由于微纳加工技术的应用，芯片的尺寸有限，能够极大地减小系统的体积。
然而，MMIC芯片也存在一些挑战。
首先是制造工艺的复杂性。
工艺条件对芯片的性能和可靠性有着重要影响，而微纳加工技术相对成熟的CMOS工艺相比，对设备和环境的要求更高。
其次是热管理的难题。
由于功率密度较高，MMIC芯片在工作时会产生大量的热量，需要进行有效的热管理，以保证芯片的性能和寿命。
最后是成本的限制。
单片射频微波集成电路技术与设计
单片射频微波集成电路技术与设计单片射频微波集成电路（Monolithic RF Microwave Integrated Circuit，简称MMIC）是一种在单个芯片上集成了射频（RF）和微波电路的技术。
它在通信、雷达、卫星通信等领域有着广泛的应用。
本文将介绍单片射频微波集成电路的技术原理和设计方法。
单片射频微波集成电路的核心是集成电路芯片，该芯片上集成了射频和微波电路所需的各种功能模块，如放大器、混频器、滤波器、功率放大器等。
相比传统的离散组件，单片射频微波集成电路具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高等优点，能够满足复杂电路的集成需求，提高系统性能。
单片射频微波集成电路的设计过程包括射频电路设计、微波电路设计、封装和测试等环节。
首先，需要根据系统需求和设计规范确定电路的工作频带、增益、带宽等参数。
然后，通过射频和微波电路的基本理论知识，选择合适的电路拓扑结构和器件参数。
在设计过程中，需要考虑电路的稳定性、噪声、线性度等指标，并进行相应的优化和调整。
在单片射频微波集成电路的设计中，还需要充分考虑电路的布局和封装技术。
合理的布局和封装可以降低电路的串扰和杂散，提高电路的性能。
同时，封装技术也需要考虑电路的散热和可靠性等因素。
现代封装技术如BGA（Ball Grid Array）和CSP（Chip Scale Package）等，可以满足单片射频微波集成电路的高集成度和小尺寸的要求。
当单片射频微波集成电路设计完成后，还需要进行测试和验证。
测试过程中需要使用专业的测试设备和仪器，对电路的性能进行准确的测量和评估。
通过测试结果，可以了解到电路的工作状态和性能指标是否符合设计要求，并进行必要的调整和优化。
随着射频和微波技术的不断发展，单片射频微波集成电路在无线通信、雷达、卫星通信等领域的应用越来越广泛。
它能够实现高度集成化、低功耗、小尺寸的设计要求，为现代通信系统的发展提供了强大的支持。
未来，随着射频和微波集成电路技术的进一步突破，单片射频微波集成电路将会在更多的领域发挥重要作用。
mmic解决方案
mmic解决方案
《MMIC解决方案：开发高性能微波集成电路的关键技术》
微波集成电路（MMIC）是一种用于射频和微波电路的集成电路。
它可以提供高性能、低功耗和紧凑的解决方案，广泛应用于通信、雷达、卫星通信等领域。
在MMIC设计过程中，需要考虑到高频、高速和高精度的要求，这就需要具备一定的技术实力和专业知识。
而《MMIC解决方案：开发高性能微波集成电路的关键技术》这本书提供了一些关键的技术和解决方案，帮助开发人员应对这些挑战。
首先，这本书介绍了高性能微波集成电路的基本原理和概念，包括射频功率放大器、混频器、振荡器等。
其次，它讨论了一些常见的设计技巧和工程经验，包括滤波器设计、布局与封装、功率分配网络设计等。
此外，这本书还介绍了一些高性能微波集成电路的设计工具和仿真软件，例如ADS、AWR等。
通过这些工具，开发人员可
以更好地设计和验证自己的电路方案，提高工作效率和设计精度。
总的来说，这本《MMIC解决方案：开发高性能微波集成电路的关键技术》是一本对于MMIC设计者来说非常有用的参考书，它提供了一些关键的技术和解决方案，帮助他们更好地解决各种设计中的难题，提高工作效率和设计精度。
什么是HMIC和MMIC-基础电子
什么是HMIC和MMIC-基础电子MMIC是工作在直流或者近直流频段到微波频段的一种单片集成电路，它是一种微小的增益模块。
相反地，HMIC是将分立的器件和单片集成电路结合在一起的混合电路。
其中一种产品（NE-5205）在直流到0.66Hz的频段上根据模型得到的结果，可以提供20dB的增益。
另一个低成本的器件（微电路公司，MAR-x）从0～26Hz的频段上提供20dB的增益。
其他的制造商也有不少产品，一些增益可以达到30dB，频率高到lSGHz。
这些器件很独特，因为它们的输入输出阻抗一般和50Ω或75Ω的射频电路的系统阻抗相匹配。
单片集成电路使用光刻或者扩散的方法在硅片或者其他半导体材料上制作。
有源器仵（如晶体管和二极管）和无源器件都可以用这种方式生成。
无源器件，例如片装电容和电阻，可以用各种各样不同厚度的薄膜技术生成。
在MMIC装置中，器件间的互连是通过片内的平面传输线完成的。
混合电路更像普通的分立电路，而不是集成电路（IC）。
无源器件和平片传输线被放置在通过真空淀积或其他方法生成的玻璃、陶瓷或其他绝缘衬底上面。
晶体管和未封装的单片集成电路被放在绝缘层上，通过金或铝的连接线和衬底电路连接。
由于这些材料既可用于HMIC，也可以用于MMIC，一般这些器件被统称作是微波集成电路（MIC），除非有其他的分类法。
MIC装置有三个特点。
是简单。
在后面的电路中你将看到，MIC 电路通常只有输入、输出、地和电源四个接线。
其他的宽频IC装置通常有16个管脚，其中大多数是用于偏置或者电容旁路的。
第二个特点是适用的频率范围很宽（从直流到GHz）。
第三个特点是输入输出阻抗随频率变化很稳定。
大多数情况下，MIC都很稳定，因为电路中有很多串联和并联的负反馈。
典型的MIC输入输出阻抗很接近50Ω或75Ω，所以在设计MIC放大器时不用考虑阻抗匹配的问题，这样更容易扩宽频带。
如果和合适的系统阻抗（例如，50Ω）相连，典型的MIC在这个频段内的驻波比（SWR）都小于2：1。
射频_微波工程师经典参考书汇总
射频_微波工程师经典参考书汇总1.《射频电路设计--理论与应用》『美』 Reinhold Ludwig 著电子工业出版社个人书评:射频经典著作，建议做RF的人手一本，里面内容比较全面，这本书要反复的看，每读一次都会更深一层理解.随便提一下，关于看射频书籍看不懂的地方怎么办,我提议先看枝干或结论有个大概印象，实在弄不明白就跳过(当然可问身边同事同学或GOOGLE一下)，跳过不是不管它了，而是尽量先看完自己能看懂的，看第二遍的时候再重点抓第一次没有看懂的地方，人的思维是不断升华的，知识的也是一个系统体系，有关联的，当你把每一块砖弄明白了，就自然而然推测出金字塔塔顶是怎么架设出来的。
2. 《射频通信电路设计》『中』刘长军著科学技术出版社个人书评:有拼凑之嫌(大量引用书1和《微波晶体管放大电路分析与设计》内容)，但还是有可取之处，加上作者的理解，比看外文书(或者翻译本)看起来要通俗易懂，毕竟是中国人口韵。
值得一看，书上有很多归纳性的经验.3(《高频电路设计与制作》『日』市川欲一著科学技术出版社个人书评:本人说实话比较喜欢日本人写书的风格和语言，及其通俗，配上图示，极其深奥的理论看起来明明朗朗，比那些从头到尾只会搬抄公式的某些教授强们多了，本书作者的实践之作，里面都是一些作者的设计作品和设计方法，推荐一看..5. 《振荡电路设计与应用》『日』稻叶宝著科学技术出版社个人书评:这边书还不错，除了学到振荡电路设计，还学到了很多模拟电路的基础应用，唯一缺点书中的内容涉及频率的都不够高(k级，几M,几十，几百M的振荡器)，做有源电路的可以看一下,整体感觉还行.6. 《锁相环电路设计与应用》『日』远坂俊昭著科学技术出版社个人书评:对PLL原理总是搞不太明白的同学可以参考此书，图形图片很多，让人很直观明白，比起其他PLL书只会千篇一律写公式强千倍。
好书，值得收藏～7. 《信号完整性分析》『美』 Eric Bogatin著电子工业出版社个人书评:前几章用物理的方法看电子，感觉不好理解，写的感觉很拗口，翻译好像也有些不到位，但后面几章写的确实好，尤其是关于传输线的，对你理解信号的传输的实际过程，能建立一个很好的模型，推荐大家看一下，此书还是不错的.(看多了RF的，换换胃口)8. 《高速数字设计》『美』 Howard Johnson著电子工业出版社个人书评:刚刚卓越买回来，还没有动“她”呢，随便翻了下目录，做高速电路和PCB Layout的工程师一看要看下，这本书也是经典书喔～10.《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》『中』郑军奇著电子工业出版社个人书评:实战性和很强的一本书，本人做产品经常要送去信息产业部电子研究5所做EMC测试，认证.产品认证是产品成功的临门一脚，把这脚球踢好，老板会很赏识你的，如果你也负责产品的EMC，这本书必读。
Mmic生产工艺
Mmic生产工艺MMIC是集成电路的一种，其全称为Microwave Monolithic Integrated Circuit，即微波单片集成电路。
它是一种在单个硅片上集成了射频和微波电路的器件，用于射频和微波频段的无线通信、雷达和卫星通信等应用。
MMIC的生产工艺主要包括以下几个步骤：1.硅片选择：首先需要选择合适的硅片作为基板。
选择的硅片应具有良好的电学特性，如低损耗、高迁移率等，以保证器件性能的稳定和可靠。
2.晶圆制备：选定的硅片需要进行晶圆制备。
这一步骤包括将硅片切割成薄片，并进行表面清洁和化学处理，以去除污染物和杂质。
3.光刻：光刻是一种重要的工艺步骤，用于将设计好的电路图案转移到硅片上。
光刻的过程包括涂覆光刻胶、光刻胶预烧、曝光、显影等步骤。
通过控制曝光光源的强度和图案的位置，可以在硅片上形成所需的电路结构。
4.电镀：电镀是在硅片上形成金属导线的过程。
通过在硅片上涂覆一层金属膜，再通过电解沉积的方式，在金属膜上沉积一层厚度适当的金属。
这一步骤可以实现电路之间的连接和导电功能。
5.退火：退火是将硅片加热至高温，并在一定时间内保持温度，以消除应力和改善电学特性。
退火过程中，硅片会逐渐变软并恢复平整，以保证器件的稳定性和可靠性。
6.封装：封装是将制作好的芯片封装到适当的封装中。
封装过程包括将芯片装填到封装中，并进行焊接和封装密封。
封装后的芯片可以保护芯片免受外界环境的干扰，并方便与其他电路和设备连接。
以上是MMIC生产工艺的主要步骤，通过这些步骤可以实现对射频和微波电路的集成，从而提高电路的性能和可靠性。
随着技术的发展，MMIC的制造工艺也在不断进步，使得器件在尺寸、功耗和性能等方面都得到了不断的改进和优化。
飞思卡尔推出四款单晶微波集成电路(MMIC)组件
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提高 了系统安全性。这些功能特性也使得 Ａ ８０ Ｓ ０２
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科技网络摄影机与行人侦测算法相结合，打造出先 断 电源 等 。 进的 ３ Ｄ立 体视 觉 侦 测环 境 。Ｂ 一 ０ １ 有智 能分 Ｅ ５０ 拥 析 系统 与先进 的视觉 处 理技 术 ， 可进 而 减少 顾 客 等
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８０ ３ 万美元 ， 上一季度净利润为 １０ ４ 万美元 。
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在监 测注入 电网信 号方 面 ， ８０ ＡＳ０２相 比其 它 方
GaAs工艺
MESFET工艺
GaAs 金属半导体场效应管（MESFET）是GaAs三端 口器件最主要最基本的结构形式，这种结构包含单栅、 双栅、低噪声和功率FET等。
高电阻率(108Ω·cm)的本征GaAs材料作为衬底，在衬底 上生长一层N型外延层，称为沟道。
在沟道上方制作源极、栅极和漏极。在源极和漏极制 作欧姆接触，而栅极由于金属和N型外延层接触形成肖 特基势垒栅。在N型半导体内形成一层载流子完全被耗 尽的薄层，这个薄层的作用就象一个绝缘区，它压缩 了N层中可供电流流动的沟道截面积。改变栅极电压， 沟道中的耗尽层将发生变化，可以有效地控制该薄层 电流的流动。这个器件工作如同一个压控开关，有极 高的调制速率
三端器件，近年来获得很大的发展，首先是GaAs MESFET的输出功率增长极快，在微波各领域得到 了日益广泛的应用
MMIC技术中的常用工艺与器件
由于分子束外延（MBE）、金属有机汽相淀积（MOCVD） 等高质量超薄层生长技术以及亚微米微细加工技术的发展 与进步，使1980年问世的高电子迁移率晶体管（HEMT） 在结构上获得了不断创新，其频率、功率和低噪声性能大 大提高，成为微波和毫米波器件的重要成员之一
GaAs器件的优点
Si、Ge材料本征电阻率不高，而GaAs有源层可 生长在自身电阻率大于107Ω·cm的半绝缘衬底 上，高电阻率衬底可把器件的有源区(例如 GaAs MESFET中的导电沟道)隔离开，因而在 微波单片集成电路中,无需采用诸如反偏置结这 样的隔离方法实现器件的隔离，便于低损耗互 连和高密度封装下的隔离，集成方便
MESFET工艺
过渡区、有源层：在缓冲层上面生长有源层.为了得到 大的跨导、电流和截止频率，要求有源层的na0大（n为 载流子浓度，a0为有源层厚度），但是a0不利于缩小lg （lg/a0>3），n大不利于提高击穿电压。为缓解这种矛 盾，先生长高浓度有源层的过渡区，再生长与肖特基 接触的低浓度有源层，这样可同时兼顾跨导特性和击 穿特性
GaAs工艺
MMIC技术中的常用工艺与器件
由于分子束外延（MBE）、金属有机汽相淀积（MOCVD） 等高质量超薄层生长技术以及亚微米微细加工技术的发展 与进步，使1980年问世的高电子迁移率晶体管（HEMT） 在结构上获得了不断创新，其频率、功率和低噪声性能大 大提高，成为微波和毫米波器件的重要成员之一 GaAlAs/GaAs外延生长技术的成熟，使1957年就提出的 GaAs异质结双极晶体管（HBT）得以实现，且其性能不断 提高。HBT在较高微波频率下具有Si双极晶体管在微波低 端相似的性能，特别适合微波、毫米波功率应用
MMIC简介
根据制作材料和内部电路结构的不同， MMIC可以分成两大类：一类是基于硅晶体 管的MMIC，另一类是基于砷化镓场效应管 （GaAs FET）的MMIC GaAs FET的MMIC具工作频率高、频率范围 宽、动态范围大、噪声低的特点，但价格较 贵 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.
HEMT工艺与PHEMT工艺
这两种晶体管的重要特点是利用未掺杂的GaAs或 InxGa1-xAs与AlGaAs界面上的GaAs或InxGa1-xAs表面势 垒中的二维电子气工作的。 二维电子气的电子迁移率非常高，因为这部分电子在 空间上脱离了原来的的施主杂质离子的束缚。 在室温下，二维电子气的电子迁移率比GaAs的电子迁 移率高20~30%，而在低温下，前者比后者高5~6倍。 所以HEMT和PHEMT比GaAs MESFET的性能优越， 表现为高跨导、高饱和电流以及高特征频率。
MMIC发展背景及趋势
李 芹
MMIC简介
单片微波集成电路,是在半绝缘半导体衬底上用一 系列的半导体工艺方法制备出无源和有源元器件, 并连接起来构成应用于微波(甚至毫米波)频段的功 能电路,具有尺寸小、重量轻、性能高、可靠性强 等一系列优点。 单片微波集成电路包括：低噪声放大器(LNA),功率 放大器,混频器,上变频器,检波器,调制器,压控振荡 器(VCO),移相器,开关,MMIC收发前端,甚至整个发 射/接收(T/R)组件(收发系统).
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。
GaAs工艺
HEMT工艺与PHEMT工艺
1980年由Thomson-CSF和Fujitsu两个公司的实 验室同时设计和制造出异质结晶体管，其设计 思想是利用不掺杂的GaAs和掺杂的AlxGa1-xAs 界面堆积出的二维电子气，其工作方式类似于 MOSFET或MESFET。利用加到栅极上的电 压，来控制在漏源之间传导电流的电子的数目。 这种新型的器件被命名为高电子迁移率晶体管 （High Electronic Mobility Transistor, HEMT） 或者调制掺杂FET（MODFET）。
MMIC简介
MMIC开始主要应用于军用系统，如相控阵雷达、火箭 与导弹的制导和电子对抗等系统。MMIC的采用，显著 减少了设备的体积和重量，降低价，提高了性能，取得 了很好的效果，例如在海湾战争中，美军灵巧武器中就 已泛地采用了MMIC与MIMIC。
90年代以来，MMIC在商用产品中开拓了广阔的市场。 这主要是商用无线通信市场，它包括：语音、数据，图 文与图像的各种通信，例如，蜂窝式个人通信，低轨道 卫星移动通信，无线局域网，环球定位卫星系统，卫星 直播电视和多点多址分布系统等。
MMIC简介
根据制作材料和内部电路结构的不同， MMIC可以分成两大类：一类是基于硅晶体 管的MMIC，另一类是基于砷化镓场效应管 （GaAs FET）的MMIC
GaAs FET的MMIC具工作频率高、频率范围 宽、动态范围大、噪声低的特点，但价格较 贵
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.
HEMT工艺与PHEMT工艺
常规HEMT更进一步的发展是1985年Maselink制成的赝 配HEMT，它改变了沟道材料。PHEMT是用非掺杂的 InxGa1-xAs替代常规HEMT中非掺杂GaAs沟道层构成的， 即n+GaAs(帽层）/nAlxGa1-xAs(电子提供层）/iInxGa1xAs(沟道层）/iGaAs(缓冲层）。
MMIC
MMIC是单片微波集成电路的缩写，是在半绝缘半导体衬底上用一系列的半导体工艺方法制造出无源和有源元器件，并连接起来构成应用于微波（甚至毫米波）频段的功能电路。
单片微波集成电路，即MMIC是Monolithic Microwave Integrated Circuit 的缩写，它包括多种功能电路，如低噪声放大器（LNA）、功率放大器、混频器、上变频器、检波器、调制器、压控振荡器（VCO）、移相器、开关、MMIC收发前端，甚至整个发射/接收（T/R）组件（收发系统）。
由于MMIC 的衬底材料（如GaAs、InP）的电子迁移率较高、禁带宽度宽、工作温度范围大、微波传输性能好，所以MMIC具有电路损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、附加效率高、抗电磁辐射能力强等特点。
国外概况自1974年，美国的Plessey公司用GaAs FET作为有源器件，GaAs半绝缘衬底作为载体，研制成功世界上第一块MMIC放大器以来，在军事应用（包括智能武器、雷达、通信和电子战等方面）的推动下，MMIC的发展十分迅速。
80年代，随着分子束外延、金属有机物化学汽相淀积技术（MOCVD）和深亚微米加工技术的发展和进步，MMIC发展迅速。
1980年由Thomson-CSF和Fujitsu两公司实验室研制出高电子迁移率晶体管（HEMT），在材料结构上得到了不断的突破和创新。
1985年Maselink用性能更好的InGaAs沟道制成的赝配HEMT（PHEMT），使HEMT向更调频率更低噪声方向发展。
继HEMT之后，1984年用GaAlAs/GaAs异质结取代硅双极晶体管中的P-N结，研制成功了频率特性和速度特性更优异的异质结双极晶体管（HBT）和HBT MMIC。
由于InP材料具有高饱和电子迁移率、高击穿电场、良好的热导率、InP基的晶格匹配HEMT，其性能比GaAs基更为优越，近年来随着InP单晶的制备取得进展，InP基的HEMT、PHEMT、MMIC性能也得到很大的提高。
电子科技中的射频技术与微波电路设计
电子科技中的射频技术与微波电路设计作为现代电子科技中的一个重要领域，射频技术与微波电路设计在许多领域中都扮演着重要的角色。
射频技术及微波电路设计涉及的广泛领域包括通信、雷达、卫星导航系统等，这些领域对于高频率射频电路的设计和制造的要求十分高。
在这篇文章中，我们将介绍射频技术与微波电路设计的基础知识、应用领域和未来发展趋势。
基础知识首先，让我们来了解一下射频技术与微波电路设计的基础知识。
所谓射频（Radio Frequency），是指高于一般电压、频率在3千赫到300吉赫之间的电磁波信号。
而微波（Microwave）则指频率高于1吉赫、波长约为1毫米至1米之间的电磁波信号。
射频技术与微波电路设计主要涉及到一些特定的电路元件和设备。
例如，射频功放器（RFPA）是射频电路中非常常用的设备，用于放大弱信号，使其达到能够被接收器处理和解码的程度。
微波电路设计中还包括一些被广泛应用的电路元件，如微带传输线、滤波器、方向耦合器（Directional Coupler）、功率分配器（Power Divider）等。
应用领域射频技术与微波电路设计的应用领域非常广泛，包括卫星通信、移动通信、雷达系统、医疗设备、无线网络等。
对于这些领域，高频率的射频技术和微波电路设计都是至关重要的，它们能够为这些设备提供稳定、高效的信号传输和处理能力。
其中，卫星通信是射频技术与微波电路设计的一个非常重要的应用领域。
卫星通信系统需要高频率、高精度的射频电路，以实现信号的传输和接收。
在这个领域中，微波电路设计和卫星通信系统的研究已经开始关注对天线和卫星通信系统中其他关键部件的研究和优化，以提高通信系统的性能和稳定性。
无线通信是另一个射频技术与微波电路设计的重要应用领域。
移动通信、蓝牙等无线通信技术中都需要高频率的射频电路和微波电路设计。
这些技术可以用于在不同设备之间传输数据、音频和视频信号。
未来发展趋势随着技术的不断进步，射频技术与微波电路设计领域也在不断发展。
用于毫米波范围的单片微波集成电路
用于毫米波范围的单片微波集成电路（MMIC）Huei Wang, Kun-You Lin,Zuo-Min Tsai, Liang-Hung Lu,Hsin-Chia Lu, Chi-HsuehWang, Jeng-Han Tsai,Tian-Wei Huang,Yi-Cheng Lin毫米波单片微波集成电路（MMIC）在军事和航天系统中已经使用很多年了，并且，在过去的十年中，人们已经开发了其商业化应用 - 例如，在通讯和车用雷达中的应用。
集成电路技术(IC)近来的发展使得即使是采用标准体效应互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺，已经可以将硅基MMIC的性能提高到100GHz以上，我们相信这会对未来毫米波系统的发展产生重大影响，这主要是由于低成本规模化生产具有迅速推进技术发展的潜力，为了简化装配和降低成本，人们提出了系统封装的概念（SIP）。
虽然已经存在有关毫米波集成收发机的报道[1]-[22]，但迄今为止还未在文献中发现有关将基带电路直接集成在毫米波收发机芯片上的报道。
现有的毫米波单芯片收发机将发射/接收功能块集成进来，这就有可能将功率放大器（PA），本振源(LO)和天线全部包含进来。
过去，大多数这样的毫米波发射 /接收 MMIC 是采用_____________________________________________________Huei Wang, Kun-You Lin, Zuo-Min Tsai, Liang-Hung Lu, Hsin-Chia Lu, Chi-Hsueh Wang, Jeng-Han Tsai, Tian-Wei Huang, andYi-Cheng Lin are with the Department of Electrical Engineeringand Graduate Institute of Communication Engineering,National Taiwan University, Taipei, Taiwan, ROC.Huei Wang is an MIT-S Distinguished Microwave Lecturer ©PHOTODISC&EYEWIREFebruary 2009 IEEE microwave magazine 99February 2009 IEEE microwave magazine 99IEEE microwave magazine February 2009100 GaAs 技术来制作的[1]-[6]，[19]-[21]；然而，在过去的两到三年中，人们已经报道了硅基（CMOS ，硅锗异质结双极性晶体管（SiGeHBT ）或BiCMOS ）单芯片发射/接收MMIC[7]-[8]，[22]。
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。
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。
MMIC
系统 级 器件 。 用 功能 级 ＭＭＩ 通 Ｃ指那 Ｓ ＴＡＮＦ ＯＲＤ 公 司 的 Ｓ ＬＮ・ ８ ，在 Ｓ Ａ２９ 工 作 频带 为５ ２０ ＭＨ ， ２６ Ｘ ８， ￣０ ０ ｚ增 些能 够完 成某 种 特 定功 能的 器 件 ， 例 １０ １０ ＭＨ 频 带 内达 到 １ ｄ 益在 ８ ０ ０ＭＨ ５ ０ ｚ ．Ｂ ７ ５ ＭＨｚ １ ６ Ｍ Ｈｚ 别 为 和 ０ ９ 分 如 放 大器 、 频 器 、 荡 器 、 混 振 衰减 器 、 的噪 声 系数 ， 入驻 波 比 为 １７ １ 增 ２ ｄ 输 ．－ ， ０ Ｂ和 １ｄ 输 出 ｌＢ压缩 点可 达 ５ Ｂ， ｄ 移 相 器 ．开 关 等 器 件 。 专 用 系 统 级 ＭＭＩ 指那 些将 多个 单功 能 电路集 成 Ｃ 到一块 芯 片上 以完 成某特 定 分系统 功
ＳＡ Ｆ Ｒ Ｔ Ｎ Ｏ Ｄ的Ｓ Ａ １ １Ｔ 作频带为 工作点不同， Ｐ 一１８ ＿ 对器件的性能会有些影 上面的分析， ｃ Ｒ 阻值越大 ， 电流Ｉ越 ｄ
８０ ９ ０ ｚ 增 益为 １ｄ ， 出功 响 。 １￣ ６ＭＨ ， ７Ｂ 输 率 ｌＢ压 缩 点可 达 ２ ． Ｂ ｄ ９ ｄ ｍ，Ｍｉｉ ５ ｎ一 稳 定 ，但 同 时需 要 的 电源 电压 Ｖ 也 ｃ
图 １所示 的 Ｌ ＮＡ （ 低噪 声 放大 ８ ０ １ ０ ＭＨｚ 在 ９ ０ ０ ￣ ００ ， ０ ＭＨｚ 仅需 要 处
在 晶 体 管 等 ） 无 源 元 件 （ 电 阻 、 电 器 ） Ａ（ 和 如 、Ｐ 功率 放 大 器） 、Ａ（ 用 放 大 两个 外 部 匹配 元 件（ 输 入端 串联 一 通 容 、 电感 等 ） 制 作 在 同一 块 半 导体 器） Ｖ （ 变 增益 放 大 器） 可 以 电 感 ，对 地 并 联 一 电 阻 ） 可 获 得 都 和 ＧＡ 可 都 即 衬 底上 的微 波 电路 。 ＭＭＩ Ｃ器件 有使 采 用 ＭＭＩ Ｃ器件来 实 现 。 用 简单 、 电性 能 指标 好 、 可靠 性 高 、 寿
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＆８.2 数字移相器
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• 数字移相器种类
（1）开关线型； （2）反射型； （3）负载线型； （4）开关滤波； （５） 天然的1位数字移相器。
•开关线型数字移相器
开关线型延迟线
4位移相器设计和加工制造基于90微米厚的 GaAs基片上的0.6微米MESFET工艺，芯片尺寸为 2.5×1.3平方毫米。所有16个相位状态下的测量性 能表明在中心频率处，插入相位偏移预期值的最大 值3.3度，在42GHz到46GHz频率范围内，所有相位 18 状态的插入损耗小于1.5dB。
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真实移相器频率特性 (a)插入相位，(b)相对移相，(c)群延迟
2.真实时移器(真实延迟线 )
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在确定的工作频段内具有平坦的群延迟频率响 应，群延迟量不随插入相位变化而变化的控制 设备，其具有下列两个特征： (1)线性的相对移相频率响应，斜率随移相量 值改变而变化； (2)平坦的群延迟延频率响应的改变，其量值 变化将导致输入RF脉冲包络的时间特征发生变 化。 群延迟相对移动量
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23 嵌入式MESFET开关滤波器移相器（a）基本拓扑结构，（b）等 效高通滤波器结构，（c）等效低通滤波器结构
对于宽带应用，需要增加滤波元件的数量。然 电子科技大学 而滤波器的带宽不仅取决于两个滤波器的特性，同 时也依赖于两个SPDT开关的带宽和隔离度性能。由 于采用非常小的集总元件代替了长分布式传输线， 开关滤波移相器芯片尺寸比等效的开关线型、反射 型或加载线型器件实现小得多。
•4.4－16.1GHz单片移相器
F20工艺;多层耦合器; 2.75 ×2.0mm2 。
在C(0)/C(10V)约为4.6条件下， 最大相对移相量98度。4.416.1GHz内，各种偏置条件下，最 11 二倍频程带宽单片集 大均方根相位误差仅为±2.8度。
成CMRTPS
•0.5－5.5GHz单片移相器
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X波段MMIC模拟移相器芯片
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单片X波段模拟器移相器频响特性 （a）相对移相特性，（b）群延迟特性
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•级联匹配反射型移相器
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级联匹配反射型移相器电路拓扑结构 第二级的串联调谐反射终端的谐振频率总是 远高于第一级,相对移相量为两级反射型终端的反 9 射系数的相对移相量之和。
为了在一个倍频程带宽处，所有相对移相值 电子科技大学 都能达到180度的条件下保持低的相位误差，反射 终端必须满足下列条件: 1. 在参考偏置电位下（通常为零伏特），第二级 反射终端的谐振频率必须与第一级反射终端谐 振频率成正确的比例关系； 2. 第二级反射终端谐振频率的改变必须正确地追 踪第一级的变化； 3. 在各自的谐振频率上，第二级终端产生的反射 系数相角与频率相关的斜率必须与第一级成正 确的的比例关系。 移相器将具有所使用的定向耦合器或环形器 的带宽相同的工作频率。 串联电感量的减小，CMRTPS工作带宽能够进10 一步增大十个倍频程,但最大相对移相值降低!
则其传输参数等同于在短路定向耦合器之前 加上一个理想的反相器。换句话说，除了两个网 络间的传输相位差为180度外，两个网络在所有其 它方面都彼此相似。这样的关系独立于两个网络 的电长度存在，故不依赖频率。 Boire180度比特位移相器的一个缺点是在2个 25 相位状态之间存在较大的插入损耗有较大差别．
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•毫米波段模拟移相器
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微带传输技术实现了60GHz模拟移相器，用交 指型p-n结变容二极管实现两个比特支线移相器， 两个移相器以级联方式联接。测试结果表明在 59GHz到61GHz频率范围内，160度的最大移相条件 下，最差的均方根相位差为±21.0度；在同上一 个工作频段内，平均插入损耗为6dB，最坏的均方 根振幅误差为±1.8dB。 基于Marconi Caswell 公司的H40工艺，采用 PHEMT基变容二极管，在30GHz到40GHz频段内获得 了180度的相对移相量。 在毫米波段，很难实现均方根相位误差小于 ±1.0度的模拟移相器，单片技术亦更加困难。在 毫米波频率，插入相位线性度对容易发生的色散效 14 应、不希望的传播方式及寄生效应非常敏感。
•开关式滤波器数字移相器
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开关式滤波器型移相器基本结构
工作原理是通过两个SPDT开关实现RF信号在高 通滤波器通路和低通滤波器通路之间切换，用滤波 器代替了传输线，也称为高通/低通移相器。 由串联电感和并联电容组成的低通滤波器为通 过它的信号提供相位滞后，由串联电容和并联电感 组成的高通滤波器为通过的信号提供相位超前。在 工作频率内，两个滤波器都被匹配以减小插入损 耗，但有不同的插入相位。因此，当信号通路在两 个滤波器之间切换时，插入损耗没有明显的变化下 22 获得需要的插入相位变化。
Ka波段共面波导CMRTPS，最大相对移相值120 电子科技大学 度。变容二极管由F20 MESFET技术实现。芯片面 积为1.4×1.0平方毫米。
Ka波段共面波导CMRTPS
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Ka波段毫米波CMRTPS测量性能：（a）相对移相特性，（b） 调谐曲线，（c）插入损耗特性，（d）PM/AM转换特性．
•数字反射型移相器（延迟线）
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（a）有源环形器的1比特移相器；（b）3dB正交定向耦合器 的比特移相器；（c）3dB正交定向耦合器的5相位态移相器
其短路位置控制了通过电路的插入相位变 19 化，而短路的位置由所示的至少一个开关控制。
开关状态改变时，理想器件 电子科技大学 将固有180度的相对移相 180度和90度比特移相量 通过使用Lange定向耦合器及 反射型终端实现． 使用阻抗变换开关
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第八章 MMIC移相器
移相器是广泛应用于微波通信、雷达和测量 系统中的一种控制设备。
1
• 移相器定义 电子科技大学 1. 真实移相器
在确定的工作频段内其群延迟频率响应不随插 入相位变化而变化的控制器件，它具有以下两个特 征： (1) 在各种程度的相对相移量下具有平坦的相对 相移频率响应； (2) 恒定的群延迟导致输入射频脉冲包络不随时 间改变。
在31到32GHz频率范围内，各相对移相值达到120 度的情况下，最坏的均方根相位误差为±1.0度。 16
•相位功分合成器
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将一个固定的相位分离网络与一个变功率合 成网络相连接而成，典型应用是I-Q向量调制。
I-Q向量调制器示意图 输入信号功率等分成两个正交信道，每个信道 中有一个平衡调制器分别控制两路彼此正交的信号 的振幅，因此，电路的电压传输系数可以获得任意 17 幅度和任意度相位值。
•开关式有源巴仑数字移相器
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实现180度比特位移相器的另一项技术是输出 RF信号在有源巴仑的两个输出端口之间切换。这种 方法利用了FET源和漏终端存在的固有180度相差。 通过切换3dB定向耦合器的 直通端口和耦合端口输出，可实 现90度比特移相器。SPDT开关用 于确保未使用的端口匹配用耦合 器阻抗，确保端口的任何失配不 会退化移相器的性能。
每个终端支路内含一个变容二极管，产生的 电子科技大学 相对相移量的频率响应特性类似于单峰形状，在 180度的最大相对移相范围内，最大相位误差为 ±5度，最大分数带宽约5-10%。 在反射型终端中加入合成式并联谐振元件的带 宽扩展方法，其阻抗变换器有效地产生了双峰频率 响应特性，这种技术扩展带宽2倍。 1. Marconi Caswell公司 的F20砷化镓器件工艺; 2. 0.5um MESFET实现交指 型平面Schottky变容二 极管器件; 3. 芯片尺寸仅为2.4×1.0 mm2。
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使用开关型负载阻抗
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•加载线数字移相器
加载线移相器的基本结构 在一个导纳状态与另一个导纳态之间的变化导 致网络的插入相位变化。 加载线主要优点是没有寄生振荡，不需要环形 器或定向耦合器。然而只适用于较小相对移相量器 件，在较大的相对移相量下很难获得优良的阻抗匹 配。同时，随着工作频率偏移中心频率，加载线移 相器的回波损耗特性迅速恶化，其为窄带器件。 加载线移相器结构简单，因此受到了非常广泛 21 关注，现已发展出工作频率到X波段单片器件。
Δτ =
Δ∠S 21 (ω )
ω
真实时移器频率特性 (a)插入相 位，(b)相对移相，(c)群延迟
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• 移相器分类
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1. 模拟移相器 2. 数字移相器
• 模拟移相器特点
1. 一根控制线就能实现无穷多种相位状态； 2. 不需要特殊的加工处理工艺； 3. 若采用变容二极管和冷FET的无源反射型拓扑结构时 几乎不需要控制功率； 4. 若采用有源环形器的反射型拓扑结构，能充分有效地 利用有限的芯片空间； 5. 不受量化误差的影响； 6. 由于相位变化可以是连续的，制造工艺变化引起的性 能恶化可以得到校正； 7. 集成进一个子系统后，其性能可以再校正； 4 8. 老化或恶劣工作条件导致的性能恶化能够得到校正。
&8.1 模拟移相器
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• 单级反射型移相器
输入功率部分从其直通端口 4输出到反射型负载ZT, 并被ZT 反射回进端口4，其反射信号一 部分传送回到输入端口1，另一 单级反射型移相器 部分耦合入隔离端口3；同理， 基本电路拓扑 耦合端口2输出的剩余输入功率 亦被反射负载反射回到端口2， 再耦合到输入端口1和传输到耦 合端口3。 采用理想3dB定向耦合器和纯电抗性反射型终 端时，隔离端口输出电压波幅将等于输入端输入电 6 波振幅，移相器的插入损耗为零。
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•天然1位数字移相器
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移相器中包含了两个SPDT开关， 用于在短路的3dB正交耦合器和ＰＩ 网络之间切换RF信号通路。耦合器的 直通端口和耦合端口按理想短路终 结，ＰＩ网络由两条并联传输线及之 间的串联传输线构成。传输线特征阻 抗： Boire180度比特位移相器