微波集成电路PPT课件
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微波电路课件雷震亚绪论
S11 Mag. 0.49 0.48 0.48 0.47 0.47 0.47 0.44 0.41
Ang. -153 -159 -163 -167 -170 -171 177 163
S21 Mag. 12.7 10.7 9.3 8.2 7.3 6.6 4.9 3.4
Ang. 98 94 90 87 85 82 71 61
小信号放大器的设计（最大增益）
小信号放大器的设计（最大增益）
小信号放大器的设计（最大增益）
小信号放大器的设计（最大增益）
用SMITH2.0设计小信号放大器(等增益)
50 Ω RF IN
0.177λ 50Ω
50 Ω 0.105λ
0.047λ 50Ω
50 0.432λ Ω
RF OUT 50Ω
射频电路
到射频/微波收发信机
基带带宽：6MHz 中频带宽：±6MHz
基带信号
中频调制信号(AM)
图像信号 video
摄像头
FM
audio MOD
综合器
AM MOD
61.25MHz
声音信号
4.5MHz 声音载波
基带信号频谱
从RF AV-RF的设计 到射频/微波收发信机
Lo
IF
Low RF Upper RF
61.25
平行线定向耦合器的应用
1
2
P1
P2
Z
Z
Z 0e
Z 0o
Z
Z
P4
4
P3
4 平行线型耦合器 3
为分频片提供信号
振荡器输出
介质腔分频锁相振荡器 用于频率监测
射频模块设计
射频器件实际设计步骤
确定技术指标
《微波电路》课件
高频段、大带宽
随着信息技术的不断发展，微 波电路的工作频率和传输带宽
也在不断增大。
集成化、小型化
随着微电子技术的发展，微波 电路的集成化程度越来越高， 体积越来越小。
多功能化
微波电路正向着多功能化的方 向发展，如同时处理多种信号 、实现多种功能等。
低成本、低功耗
随着市场竞争的加剧，低成本 、低功耗的微波电路成为研究
测试技术
微波电路的测试包括信号源测试、接 收机测试和系统测试等。信号源测试 主要是测试信号源的频率、功率和调 制等特性；接收机测试主要是测试接 收机的灵敏度、动态范围和抗干扰能 力等特性；系统测试主要是将微波电 路与其他系统进行集成测试，验证整 个系统的性能和功能。
05
微波电路的典型应用案例
微波通信系统中的微波电路
微波电路与生物医学工程 的融合
生物医学工程中的无损检测、生物传感器等 技术需要利用微波电路进行信号传输和处理 ，这种交叉融合有助于推动两个领域的共同
发展。
THANKS
感谢观看
系统误差
系统误差是由测量系统的硬件设备、线路损耗、连接器失 配等因素引起的误差。这些误差可以通过校准和修正来减 小。
方法误差
方法误差是由测量方法本身引起的误差，如信号源的频率 稳定度、测量接收机的动态范围等。这些误差可以通过选 择合适的测量方法和条件来减小。
微波电路的调试与测试技术
调试与测试的重要性
新型微波半导体材料
新型微波半导体材料如宽禁带半导体材料（如硅碳化物和氮 化镓）具有高电子迁移率和化学稳定性，为微波电路的发展 提供了新的可能性。
新型微波器件在微波电路中的应用
新型微波电子器件
随着微电子技术的不断发展，新型微波 电子器件如微波晶体管、微波集成电路 等不断涌现，这些器件具有体积小、重 量轻、可靠性高等优点，在雷达、通信 、导航等领域得到广泛应用。
随着信息技术的不断发展，微 波电路的工作频率和传输带宽
也在不断增大。
集成化、小型化
随着微电子技术的发展，微波 电路的集成化程度越来越高， 体积越来越小。
多功能化
微波电路正向着多功能化的方 向发展，如同时处理多种信号 、实现多种功能等。
低成本、低功耗
随着市场竞争的加剧，低成本 、低功耗的微波电路成为研究
测试技术
微波电路的测试包括信号源测试、接 收机测试和系统测试等。信号源测试 主要是测试信号源的频率、功率和调 制等特性；接收机测试主要是测试接 收机的灵敏度、动态范围和抗干扰能 力等特性；系统测试主要是将微波电 路与其他系统进行集成测试，验证整 个系统的性能和功能。
05
微波电路的典型应用案例
微波通信系统中的微波电路
微波电路与生物医学工程 的融合
生物医学工程中的无损检测、生物传感器等 技术需要利用微波电路进行信号传输和处理 ，这种交叉融合有助于推动两个领域的共同
发展。
THANKS
感谢观看
系统误差
系统误差是由测量系统的硬件设备、线路损耗、连接器失 配等因素引起的误差。这些误差可以通过校准和修正来减 小。
方法误差
方法误差是由测量方法本身引起的误差，如信号源的频率 稳定度、测量接收机的动态范围等。这些误差可以通过选 择合适的测量方法和条件来减小。
微波电路的调试与测试技术
调试与测试的重要性
新型微波半导体材料
新型微波半导体材料如宽禁带半导体材料（如硅碳化物和氮 化镓）具有高电子迁移率和化学稳定性，为微波电路的发展 提供了新的可能性。
新型微波器件在微波电路中的应用
新型微波电子器件
随着微电子技术的不断发展，新型微波 电子器件如微波晶体管、微波集成电路 等不断涌现，这些器件具有体积小、重 量轻、可靠性高等优点，在雷达、通信 、导航等领域得到广泛应用。
微波第5.1节ppt课件
11
3. 阻抗匹配元件
(1)螺钉调配器(bolt tuner)
螺钉不同的 深度等效为 不同的电抗
元件
使用时为了避免波导短路击穿，螺钉都设计成容性，即螺钉旋入 波导中的深度应小于3b/4。
螺钉调配器可分为单螺钉、双螺钉、三螺钉和四螺钉调配器。单螺 钉调配器通过调整螺钉的纵向位置和深度来实现匹配的。
12
弯曲的曲率半径应满足R 1.5a。
E面弯曲
H面弯曲
R 1.5b
当需要改变电磁波的极化方向而不改 变其传输方向时用波导扭转元件；
R 1.5a
9
(2)衰减元件和相移元件 (attenuators and phase shifters)
衰减器的种类很多，最常用是吸收式衰减器
沿电场方向放置衰减片
4
1. 终端负载元件
(1) 短路负载 (short circuit load)
主要有短路片和短路活塞
g/4
优点：损耗小， 驻波比可以做到 大于100
缺点：频带较窄
g/4
同轴线扼流 式短路活塞
g/4
波导的扼流 式短路活塞
它们的有效短路面不在活塞和系统内壁直接接触处，而向波源
方向移动g/2的距离。
5
(2)匹配负载(matched load)
匹配负载是一种几乎能全部吸收输入功率的单端口元件
对波导来说，小功率匹配负载一般在一段终端短路的波导内放置 一块或几块劈形吸收片。当吸收片平行地放置在波导中电场最强处， 吸收片强烈吸收微波能量，其反射变小，劈尖的长度越长吸收效果越
好，匹配性能越好，劈尖长度一般取g/2的整数倍。
扼流法兰特点：功率容量大，接触表面光洁度要求不高，但工作频 带较窄，驻波比的典型值是1.02。一般用于高功率、窄频带场合。
3. 阻抗匹配元件
(1)螺钉调配器(bolt tuner)
螺钉不同的 深度等效为 不同的电抗
元件
使用时为了避免波导短路击穿，螺钉都设计成容性，即螺钉旋入 波导中的深度应小于3b/4。
螺钉调配器可分为单螺钉、双螺钉、三螺钉和四螺钉调配器。单螺 钉调配器通过调整螺钉的纵向位置和深度来实现匹配的。
12
弯曲的曲率半径应满足R 1.5a。
E面弯曲
H面弯曲
R 1.5b
当需要改变电磁波的极化方向而不改 变其传输方向时用波导扭转元件；
R 1.5a
9
(2)衰减元件和相移元件 (attenuators and phase shifters)
衰减器的种类很多，最常用是吸收式衰减器
沿电场方向放置衰减片
4
1. 终端负载元件
(1) 短路负载 (short circuit load)
主要有短路片和短路活塞
g/4
优点：损耗小， 驻波比可以做到 大于100
缺点：频带较窄
g/4
同轴线扼流 式短路活塞
g/4
波导的扼流 式短路活塞
它们的有效短路面不在活塞和系统内壁直接接触处，而向波源
方向移动g/2的距离。
5
(2)匹配负载(matched load)
匹配负载是一种几乎能全部吸收输入功率的单端口元件
对波导来说，小功率匹配负载一般在一段终端短路的波导内放置 一块或几块劈形吸收片。当吸收片平行地放置在波导中电场最强处， 吸收片强烈吸收微波能量，其反射变小，劈尖的长度越长吸收效果越
好，匹配性能越好，劈尖长度一般取g/2的整数倍。
扼流法兰特点：功率容量大，接触表面光洁度要求不高，但工作频 带较窄，驻波比的典型值是1.02。一般用于高功率、窄频带场合。
微波元器件与集成电路PPT课件
• 要求：电接触可靠，引起的反射尽量小，电磁能量不会外漏。 • 抗流式波导接头
第40页/共99页
9. 5 衰减器和移相器
一、衰减器： • 作用：根据需要，减小所传输信号的幅度。 • 原理：用吸波材料吸收一定的电磁能量来实现衰减。 • 可调波导衰减器
g 4
• 同轴线衰减器
吸波材料片
第41页/共9节
四支节负载匹配装置
第9页/共99页
五、传输线中的阶梯 1、矩形波导E面阶梯： E面：与电场矢量平行的平面
第10页/共99页
2、矩形波导H面阶梯： H面：与磁场矢量平行的平面
第11页/共99页
3、同轴线中的阶 梯
第12页/共99页
六、微带电路中的电容、电感
第15页/共99页
3、串联在传输线上的谐振回路：
L C
L C
第16页/共99页
4、并联电容、电感：
• 用低阻抗线实现并联电容：
低阻抗段
Zc Zc Zc
l Zc Zc
• 用并联的终端开路支节实现并联电容或并联电感；
第17页/共99页
5、并联在传输线上的谐振回路：
• 在传输线上并联一个或多个支节，这些支节等效 于串联或并联谐振回路。
1、串联电容：
间隙电容 电容值较小
交指电容 电容值较大
叠层电容 电容值更大
第13页/共99页
2、串联电感：
• 预备知识：
Zc
l
一段无耗短传输线
等效
L/2 L/2
L Zcl 2 2v p
C
C Ycl
若Zc大，则L大， C小可忽略 v p
若Zc小，则C大， L小可忽略
• 一段Zc大的短传输线可等效为串联电感； 一段Zc小的短传输线可等效为并联电容。
第40页/共99页
9. 5 衰减器和移相器
一、衰减器： • 作用：根据需要，减小所传输信号的幅度。 • 原理：用吸波材料吸收一定的电磁能量来实现衰减。 • 可调波导衰减器
g 4
• 同轴线衰减器
吸波材料片
第41页/共9节
四支节负载匹配装置
第9页/共99页
五、传输线中的阶梯 1、矩形波导E面阶梯： E面：与电场矢量平行的平面
第10页/共99页
2、矩形波导H面阶梯： H面：与磁场矢量平行的平面
第11页/共99页
3、同轴线中的阶 梯
第12页/共99页
六、微带电路中的电容、电感
第15页/共99页
3、串联在传输线上的谐振回路：
L C
L C
第16页/共99页
4、并联电容、电感：
• 用低阻抗线实现并联电容：
低阻抗段
Zc Zc Zc
l Zc Zc
• 用并联的终端开路支节实现并联电容或并联电感；
第17页/共99页
5、并联在传输线上的谐振回路：
• 在传输线上并联一个或多个支节，这些支节等效 于串联或并联谐振回路。
1、串联电容：
间隙电容 电容值较小
交指电容 电容值较大
叠层电容 电容值更大
第13页/共99页
2、串联电感：
• 预备知识：
Zc
l
一段无耗短传输线
等效
L/2 L/2
L Zcl 2 2v p
C
C Ycl
若Zc大，则L大， C小可忽略 v p
若Zc小，则C大， L小可忽略
• 一段Zc大的短传输线可等效为串联电感； 一段Zc小的短传输线可等效为并联电容。
微波集成电路
MCM结构示意及技术领域
LTCC技术
LTCC 是多芯片组件（MCM）技术中的一种， 是低温共烧陶瓷（Low Temperature Cofired Ceramic）的英文缩写。
Low Temperature
Co-fired(叠层共烧) Ceramic(陶瓷基板)
800 ~ 950oC 生瓷带 金属导体(Au. Ag. Cu)
Dupont
Ferro
LTCC的特点
多层高密度封装
可埋置无源器件
采用并行加工工艺, 批量生产成本低
小型化、高可靠、低成本、 性能良好的微波电路
工艺流程图
LTCC的应用
LTCC组件示意图
LTCC的应用
平面阵 共形阵
MCM新技术─阳极氧化技术
起源─由俄国人在本世纪初提出。 结构、工艺─在衬底上全镀铝薄膜，通过激 光束将非电路部分氧化变成三氧化二铝，而 电路部分保留金属铝薄膜，再镀铝薄膜，再 氧化，直到多层。 效果─非常适合微波集成电路，特别是毫米 波电路（高精度） 难点─多层氧化的保护铝金属电路 拟方法─镀铝薄膜再进行做保护层。
耗能少
微波混合 集成电路
重量轻
微波半导 体器件
平面传输 线
真空电子器件
波导
同轴线
微带电路技术和集成电路技术
微带电路：在平面实现，结构紧凑，体积小， 重量轻，造价低。 集成电路：可使大量有源器件集成于一个集 成电路中，大大减小了器件的体积，提高了 电路功能和加工的可靠性，降低了电路的加 工成本。 可靠性: (1)结构装配; (2)抗振;(3)温度; (4)密封。
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，这不仅是电子技术本身的革 命性标志，也是电子技术应用的重大历史变 化。 SOC使单片机应用技术发生了革命性的变化， 这个变化就是应用电子系统的设计技术，从 选择厂家提供的定制产品时代进入了用户自 行开发设计器件的时代。这标志着单片机应 用的历史性变化，一个全新的单片机应用时 代已经到来。
第五章讲义120227
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
• How?
电子科技大学电子工程Βιβλιοθήκη 院《微波集成电路》讲义工艺
EDA
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
MCM应用
• 早期在军事应用，后来在汽车电子、计算机和电子信息领 域，未来的应用范围将更广阔。
• 典型应用： MCM-L/D在笔记本电脑中的应用:Fujitus公司将其用于
CPU制造，使得在尺寸和重量上减少25%。 美国先进技术研究计划局（DARPA）将100MHz下的数字多
芯片组件尺寸和重量减少到1/10和1/100，可靠性提高10 倍，系统成本降到1/2~1/10。
美国航天飞机计算机处理系统，使得原来是机箱的组件 变成了一块插件，系统运算从5亿次提高到80亿次。
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
瓷(氧化铝或玻璃陶瓷)作为基板的组件，与使用多层陶瓷基板 的厚膜混合IC 类似。 ➢ MCM-C又分为高温共烧陶瓷(HTCC)和低温共烧陶瓷(LTCC)
两大类，目前微波MCM主要以LTCC工艺最为广泛。 ➢ 淀积多芯片组件(MCM -D), 是用薄膜技术形成多层布线，以陶
瓷(氧化铝或氮化铝)或Si、Al 作为基板的组件。布线密度在三 种组件中是最高的，但成本也高。
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
Why？
(1)MCM是将多块未封装的IC芯片高密度安装在同一基板上构成的 部件，省去了IC的封装材料和工艺约了原材料，减少了制造工艺 ，缩小了整机／组件封装尺寸和重量。
(2)MCM是高密度组装产品，芯片占基板面积至少20％以上，互连 线长度极大缩短，封装延迟时间缩小，易于实现组件高速化。
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
• How?
电子科技大学电子工程Βιβλιοθήκη 院《微波集成电路》讲义工艺
EDA
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
MCM应用
• 早期在军事应用，后来在汽车电子、计算机和电子信息领 域，未来的应用范围将更广阔。
• 典型应用： MCM-L/D在笔记本电脑中的应用:Fujitus公司将其用于
CPU制造，使得在尺寸和重量上减少25%。 美国先进技术研究计划局（DARPA）将100MHz下的数字多
芯片组件尺寸和重量减少到1/10和1/100，可靠性提高10 倍，系统成本降到1/2~1/10。
美国航天飞机计算机处理系统，使得原来是机箱的组件 变成了一块插件，系统运算从5亿次提高到80亿次。
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
瓷(氧化铝或玻璃陶瓷)作为基板的组件，与使用多层陶瓷基板 的厚膜混合IC 类似。 ➢ MCM-C又分为高温共烧陶瓷(HTCC)和低温共烧陶瓷(LTCC)
两大类，目前微波MCM主要以LTCC工艺最为广泛。 ➢ 淀积多芯片组件(MCM -D), 是用薄膜技术形成多层布线，以陶
瓷(氧化铝或氮化铝)或Si、Al 作为基板的组件。布线密度在三 种组件中是最高的，但成本也高。
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
Why？
(1)MCM是将多块未封装的IC芯片高密度安装在同一基板上构成的 部件，省去了IC的封装材料和工艺约了原材料，减少了制造工艺 ，缩小了整机／组件封装尺寸和重量。
(2)MCM是高密度组装产品，芯片占基板面积至少20％以上，互连 线长度极大缩短，封装延迟时间缩小，易于实现组件高速化。
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
微波集成电路学习资料4：微波单片集成电路
• 按材料分类
Si, SiGe, GaAs, InP, SiC, GaN, CNT, Graphene… HEMT
晶体管SEM图片
4.2.3 半导体物理基础
1. 半导体：常温下电导率介于导体和绝缘体之间的材料。 半导体导电能力具有压敏、热敏及因掺杂而改变的特 性。
2. 半导体的分类： ➢ 元素半导体：Si, Ge等 ➢ 二元化合物半导体：GaAs, InP, SiC, GaN等 ➢ N（>3）元化和物半导体：InGaAs，AlGaN等
禁带宽度 eV 击穿场强MV/cm 热导率W/(cm·k) 饱和速度 107cm/s 电子迁移率 cm2/Vs
介电常数 工作温度 oC 抗辐照能力 rad
Si 1.1 0.6 1.5 1 1500
11.4 175 104
GaAs 1.4 0.6
0.5 1.2(2.1)
8500 (1000) 12.8
4.1.2 微波单片集成电路发展动态
破冰期(1965~1976)
1966年，US 政府，X波段 Si MMIC 开关，机载相控阵天线； 1966年， Jim Turner&C.A. Mead，第一个GaAs MESFET（VHF）； 1970年，微波GaAs 器件性能超越Si电路; 1976年，Pengelly&Turner，第一个GaAs 微波单片集成电路（MMIC）；
First GaAs MMIC reported in Electro nics Letters,1976
在7~12G Hz的微 波频段内， 实现了小 信号增益 放大器
4.1.2 微波单片集成电路发展动态
高速发展期(1977~1986)
1979年，美国电气、电子和电子工程协会IEEE,首届GaAs IC 学术会议； 1985年， Plessey Caswell，0.7微米栅长、2英寸 的MMIC process； 1985年，“能带工程”，HEMT LNA MMIC(1988)、HBT PA（1989）
微波毫米波电路分析与设计PPT
n 《微波固态电路》 电子科技大学出版社 喻梦霞， 李桂萍 编著
n 言华等， 微波固态电路，北京理工大学出版社 n 罗先明等，微波有源电路，人民邮电出版社 n 武国机，微波器件与电路，国防工业出版社 n 周月臣，微波电路，北京邮电学院出版社 n 李绪益，微波技术与微波电路，华南理工大学出版社 n R.Ludwig,P.Bretcho, RF circuit Design-Theory and
Applications, 电子工业出版社（中、英本）
微波毫米波电路分析与设计
25
本课程的练习和考核方式
n 考核方式： n 平时考查（30%）：
学生到课、听 课、作业、 课堂问答等
n 期末考试（70%）： n 成绩评定依据 ：
闭卷考试
平时考查和期末考试综合考虑
微波毫米波电路分析与设计
26
此课件下载可自行编辑修改，供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！
微波毫米波电路分析与设计
27
微波毫米波电路分析与设计
14
微波电子电路与固态电路
• 微波电子电路—泛指构成微波系统中
各种功能模块的元器件与电路结构，也 称为有源电路。
• 无源电路—传输线和其他无源元件组
成的电路
• 固态电路—以半导体管为核心组成的
微波电子电路
微波毫米波电路分析与设计
15
微波电子电路与固态电路
• 20世纪五六十年代前，微波领域几乎全部使用电真空器件（电子 管），包括速调管、行波管、返波管、磁控管和正交场放大管
微波毫米波电路分析与设计
18
微波固态电路的优点
• 系统可靠性高
• 平均无故障时间达到105-106s
• 固态电路体积小、重量轻 • 成本低，且一致性好 • 系统设计快速简便
n 言华等， 微波固态电路，北京理工大学出版社 n 罗先明等，微波有源电路，人民邮电出版社 n 武国机，微波器件与电路，国防工业出版社 n 周月臣，微波电路，北京邮电学院出版社 n 李绪益，微波技术与微波电路，华南理工大学出版社 n R.Ludwig,P.Bretcho, RF circuit Design-Theory and
Applications, 电子工业出版社（中、英本）
微波毫米波电路分析与设计
25
本课程的练习和考核方式
n 考核方式： n 平时考查（30%）：
学生到课、听 课、作业、 课堂问答等
n 期末考试（70%）： n 成绩评定依据 ：
闭卷考试
平时考查和期末考试综合考虑
微波毫米波电路分析与设计
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微波毫米波电路分析与设计
27
微波毫米波电路分析与设计
14
微波电子电路与固态电路
• 微波电子电路—泛指构成微波系统中
各种功能模块的元器件与电路结构，也 称为有源电路。
• 无源电路—传输线和其他无源元件组
成的电路
• 固态电路—以半导体管为核心组成的
微波电子电路
微波毫米波电路分析与设计
15
微波电子电路与固态电路
• 20世纪五六十年代前，微波领域几乎全部使用电真空器件（电子 管），包括速调管、行波管、返波管、磁控管和正交场放大管
微波毫米波电路分析与设计
18
微波固态电路的优点
• 系统可靠性高
• 平均无故障时间达到105-106s
• 固态电路体积小、重量轻 • 成本低，且一致性好 • 系统设计快速简便
集成电路介绍ppt课件
11．TQFP 扁平簿片方形封装 12．TSOP 微型簿片式封装 13．CBGA 陶瓷焊球阵列封装 14．CPGA 陶瓷针栅阵列封装 15．CQFP 陶瓷四边引线扁平 16．CERDIP 陶瓷熔封双列 17．PBGA 塑料焊球阵列封装 18．SSOP 窄间距小外型塑封 19．WLCSP 晶圆片级芯片规 模封装 20．FCOB 板上倒装片
CSP封装具有以下特点： (1)满足了LSI芯片引出脚不断增加的需要； (2)解决丁IC裸芯片不能进行交流参数测 试和老化筛选的问题； (3)封装面积缩小，延迟时间大大缩小。
5.3 发展趋势
• 1、MCM封装 • 2、三维封装
1、MCM组装 Multi chip module
芯片 封装体
芯片
封装外壳
五、集成电路封装技术
• 1、直插式 • 2、表面贴装式 • 3、芯片尺寸封装 • 4、发展趋势
5.1 直插式
• To封装：
• DIP封装
5.1 直插式
DIP封装特点： • (1)适合PCB的穿孔安装，操作方便； • (2)比TO型封装易于对PCB布线； • (3)芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积
二、集成电路特点
• 集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点 少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成 本低，便于大规模生产。它不仅在工、民用电子 设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛 的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到 广泛的应用。用集成电路来装配电子设备，其装 配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的 稳定工作 时间也可大大提高。
1959年仙童公司制造的IC
诺伊斯
三、集成电路发展
• 第一阶段：1962年制造出集成了12个晶体管的小规模集成 电路（SSI）芯片。
微波技术基础课件第四章微波集成传输线
C14(Web0.44b)1
代入式(4.1-4)，得到带状线特性阻抗为
Z04(W e00 .b 44b)130r W e0 b.44b1(4.1-5a)
第4章 微波集成传输线
式中We是பைடு நூலகம்心导体带的有效宽度(effective width):
W beW b (00.3 5W /b)2
W /b0.35 W /b0.35
式中已用b/2处位函数连续条件。常数An可由中心导体带上
的电荷密度求得。由于 Ey /y，所以有
Ey n1n , 31, ,3, AnAnnanacconosansxacxchnahna(byy)0yb2b2yb (4.1-16)
第4章 微波集成传输线
则y=b/2处导体带上的电荷密度为
s
0r
第4章 微波集成传输线
图 4.1-1 带状线的结构与场结构
第4章 微波集成传输线
带状线具有两个导体，且为均匀介质填充，故可传输 TEM导波，且为带状线的工作模式，图4.1-1(b)表示其电磁 场结构。直观上，带状线可以视为由同轴线演变而成:将同 轴线内外导体变成矩形，令其窄边延伸至无限远便成了带状 线。然而，也像同轴线一样，带状线也可存在高次型TE或 TM模。通常选择带状线的横向尺寸:b＜λmin/2，W＜λmin/2， 接地板宽度a=(5～6)W，以避免出现这些高次模。
第4章 微波集成传输线
如图4.1-1(b)所示，考虑到边缘场的影响，中心导体 带宽度应加宽，其效果相当于导体带两端加段圆弧，其半 径以R表示，则导体带的宽度应增加为We+2R，一般取 R=0.220 5b，这样导体带宽度就变成We+0.441b。导体带与 一边接地板之间的单位长度电容应为ε(We+0.441b)/(b/2)= 2ε(We+0.441b)/b，带状线单位长度电容则为
代入式(4.1-4)，得到带状线特性阻抗为
Z04(W e00 .b 44b)130r W e0 b.44b1(4.1-5a)
第4章 微波集成传输线
式中We是பைடு நூலகம்心导体带的有效宽度(effective width):
W beW b (00.3 5W /b)2
W /b0.35 W /b0.35
式中已用b/2处位函数连续条件。常数An可由中心导体带上
的电荷密度求得。由于 Ey /y，所以有
Ey n1n , 31, ,3, AnAnnanacconosansxacxchnahna(byy)0yb2b2yb (4.1-16)
第4章 微波集成传输线
则y=b/2处导体带上的电荷密度为
s
0r
第4章 微波集成传输线
图 4.1-1 带状线的结构与场结构
第4章 微波集成传输线
带状线具有两个导体，且为均匀介质填充，故可传输 TEM导波，且为带状线的工作模式，图4.1-1(b)表示其电磁 场结构。直观上，带状线可以视为由同轴线演变而成:将同 轴线内外导体变成矩形，令其窄边延伸至无限远便成了带状 线。然而，也像同轴线一样，带状线也可存在高次型TE或 TM模。通常选择带状线的横向尺寸:b＜λmin/2，W＜λmin/2， 接地板宽度a=(5～6)W，以避免出现这些高次模。
第4章 微波集成传输线
如图4.1-1(b)所示，考虑到边缘场的影响，中心导体 带宽度应加宽，其效果相当于导体带两端加段圆弧，其半 径以R表示，则导体带的宽度应增加为We+2R，一般取 R=0.220 5b，这样导体带宽度就变成We+0.441b。导体带与 一边接地板之间的单位长度电容应为ε(We+0.441b)/(b/2)= 2ε(We+0.441b)/b，带状线单位长度电容则为
微波电路综合实验 ppt课件
46
直流偏置电路的设计
ppt课件
47
低噪声放大器的调试
对照设计版图检查加工好的微波电路板，并按 照所用的电路元件表准备元器件。
按照电路原理图进行焊接，首先焊接放大器的 供电部分，通电检查电压正确后再焊接其他无 源器件，最后将晶体管按正确方式焊接。 在检查焊接无误后，将电路板安装到测试架上， 接通直流电源测量放大器的直流工作点，并进 行调整，使其满足设计要求。
ppt课件
14
微波滤波器的分类
根据功率衰减的频率特性来分类，微波滤波 器可分为低通、高通、带通和带阻滤波器。 随着频率的的提高，滤波器不能再用集总参 数的电感和电容元件来组成，需要采用各类 传输线为主体的分布参数结构。根据所用的 传输线类型来分类，微波滤波器可分为波导、 同轴线、微带线滤波器等等。
ppt课件 2
微波电路的实例
下图是一个无线通信系统中接收机和发射 机的系统框图
中频 振荡器
射频 振荡器 馈线
发射 天线1
基带调制信号
中频 BPSK 调制器
中频 中频 滤波器 滤波器
上变频器
射频 滤波器1
功率 放大器
功分器 发射 天线2 馈线
ppt课件
3
课程目的
了解典型微波电路的原理及设计方法。 学习使用ADS软件进行微波电路的设 计，优化，仿真。 掌握微波电路的制作及调试方法。
ppt课件 26
观察仿真曲线
ppt课件
27
微带滤波器的设计
版图的仿真
版图的仿真是采用矩量法直接对电磁场进行 计算，其结果比在原理图中仿真要准确，但 是它的计算比较复杂，一般作为对原理图设 计的验证。
电磁场与微波技术教学资料 微波集成电路by田蕊
• 资金问题 • 微波无源电路、铁氧体器件等如何进入射频微波SOC。
有挑战就有机遇!
感谢您的关注！
• 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。
有挑战就有机遇!
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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。
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混合集成电路（HMIC）
采用薄膜或厚膜、印制板工艺制作无源元件 和线路，再把微波固态器件装配到电路中， 实现微波电路集成化。
微波混合集成传输线： 微带线类为代表，另外还有带状线、槽线、 共面线和鳍线等
第三代微波电路 ——微波单片集成电路MMIC(20世纪70年代起)
有源和无源部 分都制作在同
真空电子器件
波导
同轴线
微带电路技术和集成电路技术
微带电路：在平面实现，结构紧凑，体积小， 重量轻，造价低。
集成电路：可使大量有源器件集成于一个集 成电路中，大大减小了器件的体积，提高了 电路功能和加工的可靠性，降低了电路的加 工成本。
可靠性: (1)结构装配; (2)抗振;(3)温度; (4)密封。
挑战和机遇
研究人员和工程技术人员面临着择业 转行问题；
产业调整； 微波无源电路、铁氧体器件等如何进
入射频微波SOC。 等等
SUCCESS
THANK YOU
2019/6/20
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，这不仅是电子技术本身的革 命性标志，也是电子技术应用的重大历史变 化。
SOC使单片机应用技术发生了革命性的变化， 这个变化就是应用电子系统的设计技术，从 选择厂家提供的定制产品时代进入了用户自 行开发设计器件的时代。这标志着单片机应 用的历史性变化，一个全新的单片机应用时 代已经到来。
批量生产成本低
小型化、高可靠、低成本、 性能良好的微波电路
工艺流程图
LTCC的应用
LTCC组件示意图
LTCC的应用
平面阵
共形阵
MCM新技术─阳极氧化技术
起源─由俄国人在本世纪初提出。 结构、工艺─在衬底上全镀铝薄膜，通过激
光束将非电路部分氧化变成三氧化二铝，而 电路部分保留金属铝薄膜，再镀铝薄膜，再 氧化，直到多层。
微波集成电路
徐锐敏
电子科技大学
University of Electronic Science and Technology of China
微波电路与组件的发展
RF MEMS
波导立体 电路
平面混合 集成电路
第一代
第二代
MMIC MCM
第三代
SOC
CMOS 第四代
小型化的重要性和必要性
电子技术和系统发展的必然趋势。 小型化是实现高性能、高可靠性和低成本的途径。 微电子技术的高速发展推动了通信、雷达、导航、
Low Temperature Co-fired(叠层共烧) Ceramic(陶瓷基板)
800 ~ 950oC 生瓷带
金属导体(Au. Ag. Cu)
Dupont Ferro
SUCCESS
THANK YOU
2019/6/20
LTCC的特点
多层高密度封装 可埋置无源器件 采用并行加工工艺,
测控等无线电应用领域的全面微电子化。 在相控阵雷达系统、电子武器、毫米波成像、卫星
通信、遥感等应用领域中，高性能、体积小、重量 轻、可靠性高、批量生产成本低、使用方便的小型 化微波毫米波电路与系统在国民经济建设和国防建 设中必将发挥越来越重要的作用 。
第一代微波电路 ——立体微波电路（20世纪40年代起）
SOC一般结构示意图
•系统功能集成是SOC的核 心技术；
含 有 ADC /DAC 的 模拟前端
模块
控制逻辑 模块
•固件集成是SOC的基础设 计思想；
•嵌入式系统是SOC的基本 结构；
•IP是SOC的设计基础。
电源提供 和功耗管
理模块
SOC
微处理器/ 微控制器
CPU 内 核 模块
外部进行 通讯的接
口模块
微波电路
波导 同轴线
电路形式
真空电子 器件
有源器件
波导
优点：品质因素高，损耗低，机械结构牢固， 功率容量高。
缺点：体积大，笨重、加工工艺和调试过程 复杂，相应成本高。
第二代微波电路 ——微波集成电路（20世纪60年代起）
耗能少
小型化
微波混合 集成电路
成本较 低
重量轻
微波半导 体器件
平面传输 线
效果─非常适合微波集成电路，特别是毫米 波电路（高精度）
难点─多层氧化的保护铝金属电路 拟方法─镀铝薄膜再进行做保护层。
21世纪——片上系统（SOC）
SOC（System on Chip）技术，是一种高度 集成化、固件化的系统集成技术。
使用SOC技术设计系统的核心思想，就是要 把整个应用电子系统全部集成在一个芯片中。 在使用SOC技术设计应用系统，除了那些无 法集成的外部电路或机械部分以外，其他所 有的系统电路全部集成在一起。
一衬底上
体积、重量 比 HMIC减 少 两三个数量
级
半导体理论 的发展
可靠性大 大改善
MMIC
半导体工 艺的成熟
器件成品 率的提高
工作频带 加宽
III-V族 材 料 制备的完善
多芯片组件MCM（20世纪90年代）
MCM（MultiChip Module）：多芯片组件），是 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。层与 层的金属导线是用导通孔连接的。这种组装方 式允许芯片与芯片靠得很近，可以降低互连和 布线中所产生的信号延迟、串扰噪声、电感／ 电容耦合等问题。
提高组装密度，缩短互连长度，减少信号延迟 时间，减小体积，减轻重量，提高可靠性。
可实现真正意义上器件和电路的三维集成。
MCM结构示意及技术领域
LTCC技术
LTCC 是多芯片组件（MCM）技术中的一种，是 低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic）的英文缩写。
嵌入的பைடு நூலகம் 储器模块
SOC的特点
SOC特 点
规模大、 结构复杂
速度高、时 序关系严密
多采用深亚微米 工艺加工技术
目前主要还在硅工艺上实现，工作频率在几个GHz以下；下一步应在 GaAs和InP等上实现，甚至是第三代半导体材料
SOC的关键技术
软、硬件的协同设计技术。 IP模块库问题。 模块界面间的综合分析技术。 系统级数模混合的电磁兼容问题。