微波有源電路

微波有源電路第1頁(yè)/共62頁(yè)有源放大電路場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性小信號(hào)放大器設(shè)計(jì)非線性特性放大器與收發(fā)單元實(shí)例MMIC電路的實(shí)際應(yīng)用第2頁(yè)/共62頁(yè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性

MESFET與MOSFET比較類(lèi)似，只是MOS管調(diào)制的是溝道電流，MESFET是通過(guò)電壓調(diào)制柵下耗盡層的形狀和厚度達(dá)到對(duì)源漏電流動(dòng)控制。第3頁(yè)/共62頁(yè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性

兩個(gè)導(dǎo)電電極之間用一個(gè)控制電極（柵極）分開(kāi)一定距離。該控制柵極（稱(chēng)做柵極）相對(duì)于源極為負(fù)偏置的，因而，對(duì)試圖從源極流向漏極的電子呈現(xiàn)一個(gè)減速勢(shì)壘。場(chǎng)效應(yīng)晶體管公取決于一種形式的電荷載流子流通，因此被稱(chēng)做“單極的”。第4頁(yè)/共62頁(yè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性

第5頁(yè)/共62頁(yè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性

導(dǎo)電溝道通過(guò)設(shè)置在半導(dǎo)體上且相隔一段距離的兩個(gè)歐姆接觸（稱(chēng)做源極和漏極）與外電路相連接。柵極由放在這兩個(gè)歐姆接觸之間的一個(gè)整流（肖特基）接觸構(gòu)成。導(dǎo)電溝道是很薄的，一般約為0.1～0.3μm，因此，肖特基接觸（柵極）下面形成的耗盡區(qū)可以有效地控制該薄層內(nèi)電流的流動(dòng)。這種器件作用如同一個(gè)壓按開(kāi)關(guān)，有極高的調(diào)制速率。第6頁(yè)/共62頁(yè)無(wú)柵極器件當(dāng)漏極電位增大時(shí)，就有電流流通如A區(qū)所示。該電流電壓特性是線性的，且直接遵循制造該器件用的半導(dǎo)體的速度-電場(chǎng)特性。當(dāng)漏極-源極電壓增到內(nèi)部電場(chǎng)達(dá)到飽和時(shí)，就出現(xiàn)性能偏離線性范圍（B區(qū)）。場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性

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第8頁(yè)/共62頁(yè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性

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第15頁(yè)/共62頁(yè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性

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第17頁(yè)/共62頁(yè)晶體管的非線性特性GaAs大信號(hào)模型第18頁(yè)/共62頁(yè)晶體管的非線性特性第19頁(yè)/共62頁(yè)晶體管的非線性特性第20頁(yè)/共62頁(yè)晶體管的非線性特性第21頁(yè)/共62頁(yè)第22頁(yè)/共62頁(yè)第23頁(yè)/共62頁(yè)第24頁(yè)/共62頁(yè)第25頁(yè)/共62頁(yè)小信號(hào)放大器設(shè)計(jì)第26頁(yè)/共62頁(yè)小信號(hào)放大器設(shè)計(jì)第27頁(yè)/共62頁(yè)小信號(hào)放大器設(shè)計(jì)第28頁(yè)/共62頁(yè)小信號(hào)放大器設(shè)計(jì)第29頁(yè)/共62頁(yè)小信號(hào)放大器設(shè)計(jì)第30頁(yè)/共62頁(yè)小信號(hào)放大器設(shè)計(jì)FLL107ME第31頁(yè)/共62頁(yè)小信號(hào)放大器設(shè)計(jì)FHC40LG第32頁(yè)/共62頁(yè)小信號(hào)放大器設(shè)計(jì)第33頁(yè)/共62頁(yè)小信號(hào)放大器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)過(guò)程(1)確定目標(biāo)函數(shù)(2)選擇合適的管芯和拓?fù)?3)進(jìn)行小信號(hào)分析(4)制版(5)測(cè)試第34頁(yè)/共62頁(yè)小信號(hào)放大器設(shè)計(jì)第35頁(yè)/共62頁(yè)MMIC放大器GaAs由于電子遷移率較高、工作溫度范圍大、微波傳輸性能好，所以使得MMIC具有電路損耗小、噪聲低、頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、功率大、附加效率高、抗電磁輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。得到了廣泛的應(yīng)用。是目前使用的最廣泛的微波半導(dǎo)體材料。第36頁(yè)/共62頁(yè)GaAsGaAs由于電子遷移率較高、工作溫度范圍大、微波傳輸性能好，所以使得MMIC具有電路損耗小、噪聲低、頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、功率大、附加效率高、抗電磁輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。得到了廣泛的應(yīng)用。是目前使用的最廣泛的微波半導(dǎo)體材料。第37頁(yè)/共62頁(yè)GaNGaN是一種寬帶隙的半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)，如大的熱導(dǎo)率和介電常數(shù)，高的電子飽和速率和化學(xué)穩(wěn)定性，因此有望制成在高溫、高輻射等惡劣條件下工作的半導(dǎo)體器件。近年來(lái)由于半導(dǎo)體薄膜生長(zhǎng)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)能在藍(lán)寶石、SiC及Si上生長(zhǎng)出高質(zhì)量的GaN薄膜，并用于制備大功率微波器件、高溫電子器件、探測(cè)器件和發(fā)光器件。第38頁(yè)/共62頁(yè)InPInP與GaAs相比，擊穿電場(chǎng)、熱導(dǎo)率、電子平均速度更高，而且在異質(zhì)結(jié)InAlAs/InGaAs界面處存在較大的導(dǎo)帶不連續(xù)性、二維電子氣密度大、溝道中電子遷移率高等優(yōu)點(diǎn)，決定了InP基器件在化合物半導(dǎo)體器件中的地位。目前InPHEMT已經(jīng)成為毫米波高端應(yīng)用的支柱產(chǎn)品，器件的特征頻率ft達(dá)到340GHz，InPHBT有望在大功率、低電壓等方面開(kāi)拓應(yīng)用市場(chǎng)。第39頁(yè)/共62頁(yè)MMIC的設(shè)計(jì)MMIC設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、成本高

，精確設(shè)計(jì)十分重要，也具有一定的難度從成本分析，設(shè)計(jì)成本是MMIC產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中最昂貴的部分。因?yàn)镸MIC研制過(guò)程中一輪的成本至少包括：電路設(shè)計(jì)費(fèi)、版圖設(shè)計(jì)費(fèi)、光刻版加工費(fèi)、實(shí)驗(yàn)投片流程費(fèi)和芯片測(cè)試費(fèi)等五部分。MMIC電路精確設(shè)計(jì)的難度

（1）GaAs襯底的相對(duì)非理想性；（2）化合物半導(dǎo)體工藝的相對(duì)獨(dú)立性。第40頁(yè)/共62頁(yè)MMIC放大器的設(shè)計(jì)(1)確定目標(biāo)函數(shù)(2)選擇合適的管芯和拓?fù)?3)進(jìn)行小信號(hào)分析(4)大信號(hào)分析(5)電磁場(chǎng)分析(6)成品率分析(7)繪制版圖(8)DRC(9)流片(10)測(cè)試第41頁(yè)/共62頁(yè)版圖設(shè)計(jì)（1）根據(jù)模型元器件結(jié)構(gòu)采用相應(yīng)的版圖結(jié)構(gòu)；（2）在版圖中要用寬松的工藝容差；（3）考慮最小芯片面積原則和抑制RF寄生耦合相結(jié)合（4）可靠性設(shè)計(jì)原則。第42頁(yè)/共62頁(yè)MMIC放大器的設(shè)計(jì)TGA1171-SCC版圖第43頁(yè)/共62頁(yè)MMIC放大器的設(shè)計(jì)TGA1171-SCC芯片第44頁(yè)/共62頁(yè)放大器與收發(fā)單元實(shí)例第45頁(yè)/共62頁(yè)放大器與收發(fā)單元實(shí)例38GTX第46頁(yè)/共62頁(yè)放大器與收發(fā)單元實(shí)例38GRX第47頁(yè)/共62頁(yè)放大器與收發(fā)單元實(shí)例KuBandPower第48頁(yè)/共62頁(yè)放大器與收發(fā)單元實(shí)例PowerModule第49頁(yè)/共62頁(yè)放大器與收發(fā)單元實(shí)例CBandInterFET第50頁(yè)/共62頁(yè)MMIC電路的實(shí)際應(yīng)用相控陣?yán)走_(dá)第51頁(yè)/共62頁(yè)第52頁(yè)/共62頁(yè)第53頁(yè)/共62頁(yè)第54頁(yè)/共62頁(yè)WiMAXBaseStation第55頁(yè)/共62頁(yè)雷達(dá)功放模塊方框圖至控制面板11Pout高功率環(huán)行器定向耦合器驅(qū)動(dòng)放大器放大器放大器放大器放大器功率及故障檢測(cè)功率放大器組件過(guò)熱保護(hù)裝置2233441/4功率分配器1/4功率合成器Pinoo第56頁(yè)/共62頁(yè)雷達(dá)發(fā)射機(jī)框圖發(fā)射機(jī)框圖Pout脈沖保護(hù)電路前級(jí)放大器定向耦合器高功率環(huán)行器功率放大器組件NO.16功率放大器組件NO.1111616-60dB1/16功率分配器16/1