微波有源电路

微波有源电路第1页/共62页有源放大电路场效应晶体管特性小信号放大器设计非线性特性放大器与收发单元实例MMIC电路的实际应用第2页/共62页场效应晶体管特性

MESFET与MOSFET比较类似，只是MOS管调制的是沟道电流，MESFET是通过电压调制栅下耗尽层的形状和厚度达到对源漏电流动控制。第3页/共62页场效应晶体管特性

两个导电电极之间用一个控制电极（栅极）分开一定距离。该控制栅极（称做栅极）相对于源极为负偏置的，因而，对试图从源极流向漏极的电子呈现一个减速势垒。场效应晶体管公取决于一种形式的电荷载流子流通，因此被称做“单极的”。第4页/共62页场效应晶体管特性

第5页/共62页场效应晶体管特性

导电沟道通过设置在半导体上且相隔一段距离的两个欧姆接触（称做源极和漏极）与外电路相连接。栅极由放在这两个欧姆接触之间的一个整流（肖特基）接触构成。导电沟道是很薄的，一般约为0.1～0.3μm，因此，肖特基接触（栅极）下面形成的耗尽区可以有效地控制该薄层内电流的流动。这种器件作用如同一个压按开关，有极高的调制速率。第6页/共62页无栅极器件当漏极电位增大时，就有电流流通如A区所示。该电流电压特性是线性的，且直接遵循制造该器件用的半导体的速度-电场特性。当漏极-源极电压增到内部电场达到饱和时，就出现性能偏离线性范围（B区）。场效应晶体管特性

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第17页/共62页晶体管的非线性特性GaAs大信号模型第18页/共62页晶体管的非线性特性第19页/共62页晶体管的非线性特性第20页/共62页晶体管的非线性特性第21页/共62页第22页/共62页第23页/共62页第24页/共62页第25页/共62页小信号放大器设计第26页/共62页小信号放大器设计第27页/共62页小信号放大器设计第28页/共62页小信号放大器设计第29页/共62页小信号放大器设计第30页/共62页小信号放大器设计FLL107ME第31页/共62页小信号放大器设计FHC40LG第32页/共62页小信号放大器设计第33页/共62页小信号放大器设计设计过程(1)确定目标函数(2)选择合适的管芯和拓扑(3)进行小信号分析(4)制版(5)测试第34页/共62页小信号放大器设计第35页/共62页MMIC放大器GaAs由于电子迁移率较高、工作温度范围大、微波传输性能好，所以使得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。得到了广泛的应用。是目前使用的最广泛的微波半导体材料。第36页/共62页GaAsGaAs由于电子迁移率较高、工作温度范围大、微波传输性能好，所以使得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。得到了广泛的应用。是目前使用的最广泛的微波半导体材料。第37页/共62页GaNGaN是一种宽带隙的半导体材料，具有优异的物理和化学性质，如大的热导率和介电常数，高的电子饱和速率和化学稳定性，因此有望制成在高温、高辐射等恶劣条件下工作的半导体器件。近年来由于半导体薄膜生长技术的发展，已经能在蓝宝石、SiC及Si上生长出高质量的GaN薄膜，并用于制备大功率微波器件、高温电子器件、探测器件和发光器件。第38页/共62页InPInP与GaAs相比，击穿电场、热导率、电子平均速度更高，而且在异质结InAlAs/InGaAs界面处存在较大的导带不连续性、二维电子气密度大、沟道中电子迁移率高等优点，决定了InP基器件在化合物半导体器件中的地位。目前InPHEMT已经成为毫米波高端应用的支柱产品，器件的特征频率ft达到340GHz，InPHBT有望在大功率、低电压等方面开拓应用市场。第39页/共62页MMIC的设计MMIC设计周期长、成本高

，精确设计十分重要，也具有一定的难度从成本分析，设计成本是MMIC产品开发中最昂贵的部分。因为MMIC研制过程中一轮的成本至少包括：电路设计费、版图设计费、光刻版加工费、实验投片流程费和芯片测试费等五部分。MMIC电路精确设计的难度

（1）GaAs衬底的相对非理想性；（2）化合物半导体工艺的相对独立性。第40页/共62页MMIC放大器的设计(1)确定目标函数(2)选择合适的管芯和拓扑(3)进行小信号分析(4)大信号分析(5)电磁场分析(6)成品率分析(7)绘制版图(8)DRC(9)流片(10)测试第41页/共62页版图设计（1）根据模型元器件结构采用相应的版图结构；（2）在版图中要用宽松的工艺容差；（3）考虑最小芯片面积原则和抑制RF寄生耦合相结合（4）可靠性设计原则。第42页/共62页MMIC放大器的设计TGA1171-SCC版图第43页/共62页MMIC放大器的设计TGA1171-SCC芯片第44页/共62页放大器与收发单元实例第45页/共62页放大器与收发单元实例38GTX第46页/共62页放大器与收发单元实例38GRX第47页/共62页放大器与收发单元实例KuBandPower第48页/共62页放大器与收发单元实例PowerModule第49页/共62页放大器与收发单元实例CBandInterFET第50页/共62页MMIC电路的实际应用相控阵雷达第51页/共62页第52页/共62页第53页/共62页第54页/共62页WiMAXBaseStation第55页/共62页雷达功放模块方框图至控制面板11Pout高功率环行器定向耦合器驱动放大器放大器放大器放大器放大器功率及故障检测功率放大器组件过热保护装置2233441/4功率分配器1/4功率合成器Pinoo第56页/共62页雷达发射机框图发射机框图Pout脉冲保护电路前级放大器定向耦合器高功率环行器功率放大器组件NO.16功率放大器组件NO.1111616-60dB1/16功率分配器16/1