非线性第十一章

LOGO 非线性电路与系统 电子工程学院 电磁场与微波技术 主讲人： 徐锐敏 （教授） Company name www.themegallery.com 第十一章 微波毫米波（高频前端子）系统 1. 平衡电路 2. 微波电路部件的直接连接 3. 微波发射系统 4. 微波接收机 非线性电路与系统 5. 雷达系统 6. 通信系统 Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 element（元件）： R、L、C、传输线、负载、定向耦合器、功 分器、滤波器等，铁氧体类（环行器，隔离器）等 device（器件）： 电真空器件（行波管，回旋管、返波管、磁控管等） 半导体器件（二极管，三极管） Component or circuit（部件或电路）： 器件和元件组合而成，完成某一特定的电路功 能。如：放大器，混频器，振荡器等，包括MMIC。 第十一章 微波毫米波非线性系统第十一章 微波毫米波（高频前端子）系统 Company name www.themegallery.com 第一章 微波毫米波（高频前端子）系统 Sub－system or subassembly（子系统或组件）： 部分元件和电路的组合，完成某一系统的部 分功能。如：高频发射、接收子系统，本振－混频 组件，天线子系统，T/R组件等。 System（系统） 由若干元件和子系统组合，完成某一系统的 全部功能。如：雷达系统、通信系统、导航系统、 电子对抗系统等。 Company name www.themegallery.com 11.1 微波毫米波电桥的平衡电路 非线性电路与系统 单个固态电路的不足： （1）输出功率和动态范围小; （2）会产生一些无法滤除的谐波和交调分量。 平衡电路的优点： （1）输出功率和动态范围大; （2）改善带宽及输入、输出驻波系数; （3）对谐波和交调分量有一定的抑制作用. Company name www.themegallery.com 11.1.1 理想电桥特性 非线性电路与系统 1. 3dB 180o电桥 180 0 0 1 1 0 0 1 11 1 1 0 02 1 1 0 0 OS         Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.1.1 理想电桥特性 环行电桥 功分器 Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.1.1 理想电桥特性 2. 3dB 90o电桥 90 0 0 1 0 0 11 1 0 02 1 0 0 O j jS j j         Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.1.1 理想电桥特性 分支线电桥 3dB定向耦合器 （耦合线电桥） Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.1.2 电桥耦合的电路组件特性 1. 180o电桥耦合的电路组件 注：N1和N2完全相同，3dB180°电桥为理想。 Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.1.2 电桥耦合的电路组件特性 2 s i VV  2L oV V 2 s i II  2L oI I 1 3( ) 2in     2 4( ) 2out     输入端口反射系数 输出端口反射系数 结论：输出功率提高3dB；输出/入阻抗同单个电路相同。 Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.1.2 电桥耦合的电路组件特性 2. 90o电桥耦合的电路组件（N1和N2完全相同，3dB90°电桥为理想） 特点：（1） 3 4( ) 2in    6 5( ) 2out    （2）耦合不平衡度对频响特性的影响不严重 （3）输出功率提高3dB （4）输出、输入阻抗与单个电路相同 Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.1.2 电桥耦合的电路组件特性 3. 非理想平衡的影响 （1）等幅同相 1 2 2 0, 2 L L L L Le V V V VP R      （2）不等幅，不同相 1 2 2 2 1 0, 1 1 (1 2 cos )2 L L Lu L V V P VR            Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.1.2 电桥耦合的电路组件特性 4. 谐波和交调分量的抑制能力 （1）180o电桥  1 1 2 22 cos cosSV V t V t   1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 2 2 : ( ) cos cos : ( ) cos( ) cos( ) i i N V t V t V t N V t V t V t             2 3 1 2 3( ) ......f v a v a v a v    1 2n m  1 2n m n m      而非线性转移函数（电路） N1的输出频谱： N2的输出频谱： Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.1.2 电桥耦合的电路组件特性 因此： 1）由于输出端口有180o相移，因此所有偶阶分 量（m＋n＝even）都被抑制。 2）所有奇阶分量都同相合成。 3）如果输出端口用直接连接代替180o电桥，则 情况相反。 Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.1.2 电桥耦合的电路组件特性 （2）90o电桥 90o耦合电路的假信号抑制特性与180o电桥的大不相 同，采用同样的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 方法，由 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 2 2 : ( ) cos cos : ( ) cos( ) cos( )2 2 i i N V t V t V t N V t V t V t            2 3 1 2 3( ) ......f v a v a v a v    1 2n m  1 2 2 2n m n m      而非线性转移函数（电路） N1的输出频谱： N2的输出频谱： Company name www.themegallery.com 可得： 1）输出二阶混合分量具有90o的相差，具有 3dB的抑制能力。 2）某些（不是全部）三阶混合分量可被抑制， 如2ω1＋ω2和2 ω 2＋ ω 1的三阶交调分量可被 抑制，而2 ω 1－ ω 2和2 ω 2－ ω 1的三阶交调 分量不被抑制。 作业：1）请证明之。 2）输入和输出网络混合使用180°和90°电 桥，交调混合分量将如何被抑制？ 11.1.2 电桥耦合的电路组件特性 Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.1.2 电桥耦合的电路组件特性 m个相同电路部件合成，其遮断点增加10lgm（dB）。则 平衡电路的遮断点比单个二端口电路的遮断点增大3dB， 且与阶次无关。 5. 交调遮断点 Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接 1.反向并联 2 3 2 3 4 ( ) ...... ( ) ...... A B I f v av bv cv I f v av bv cv dv              有 Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接 总的外部电流： 32 2 ......A BI I I av cv     A与B之间的环流： 2 4 ......loop A BI I I bv dv     结论：1）偶阶和奇阶混合分量被分开，偶阶 电流在环路内环流，而奇阶电流在 外电流中环流。 2）奇阶介入阻抗为真实值的两倍，而 偶阶介入阻抗为0。 思考题：交调分量有何种特性？ Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接 2.反向串联（反向并联的对偶形式） Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接 则 A BV V V  2 4 3 2 2 ...... 2 2 ...... L A B loop A B I I I bv dv I I I av cv           结论：1）奇阶电流在环内，偶阶电流在外电路中 2）偶阶介入阻抗为Z（ ω ）＋2RL，而奇阶 为Z（ ω ） 思考题：交调分量有何种特性？ Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接 类似于反向并联电路，只是串联电路输出的是偶 阶分量，而不是奇阶分量 3. 串联连接 Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接 N1、N2的特性必须一致。 4. 两个而端口电路部件直接并联 Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接 特点：1）对任何谐波或任何阶的混合分量都没有 抑制作用。 2）交调遮断点和输出功率可以得到3dB的 改善。 3）增益和噪声不变。 4）单个电路的输入和输出阻抗值应为Zs （ ω ）和 ZL（ ω ）的一半。 Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接 5. m个相同二端口电路部件直接并联 Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接 特点： 1）对任何谐波或任何阶的混合分量都没有抑制作用。 2）交调遮断点和输出功率可以得到 10lgm 的改善。 3）增益和噪声不变。 4）单个电路的输入和输出阻抗值应为Zs（ ω ）和 ZL（ ω ）的1/m Company name www.themegallery.com 微波系统 2、m个二端口电路部件直接级联 N1 N2 Nm 各电路部件的技术指标为Gi ，NFi ， ICPi ，P1dBi。如果某电路部件Ni是线性的， 则有： G=－Loss (dB) NF=Loss(dB) ICP3=  P1dB=  Company name www.themegallery.com 微波系统 其系数与指数的换算关系如下： G=10Log(G指数） dB NF=10Log(F指数）dB 可得一下系统指标计算公式： Gt=G1+ G2+ …… + Gm （dB） Ft=F1+ （系数） (非线性) 特别注意是在各级都没有饱和前提下 三阶交调： (ICPt) －1=(ICPM) -1＋（GMICPM-1）-1＋(GMGM-1ICPM-2) -1＋…… ＋（GMG2ICP1）-1 1121 3 1 2 111   m m GG F GG F G F 1 1 1 1 1 1 2 1 2 1 1 1 1 1 1 1 dBt dBm m dBm m m dBm m m dBP P G P G G P G G G P         Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接 例： G=10dB NF=3dB P1dB＝10dBm ICP3=20dBm L=3dB L=6dB P1dB＝0dBm ICP3=15dBm L=3dB G=20dB NF=4dB P1dB＝15dBm ICP3=25dBm G=12dB NF=4dB P1dB＝30dBm ICP3=40dBm L=2dB NF＝3dB P1dB=∞ ICP3=∞ NF＝3dB P1dB=∞ ICP3=∞ NF＝2dB P1dB=∞ ICP3=∞ A1 L1 Mixer L2 A2 A3 L3 LO Company name www.themegallery.com非线性电路与系统 11.2 微波电路部件的直接连接 解： 1 1 1 2 2 3 3 28A M A AG G L L L G G L dB        NFt＝7.7 dB （注意先将dB换成系数带入公式计算，最后再换算为dB） 1 1 3( ) (31.6 )tICP dBm  P1dB是对输出功率而言的，输出P1dB是由后向前推的。 分析过程：A3的P1dB＝30dBm，而G＝12dB，则输入为18dBm；而A2的 P1dB只有15dBm，所以A2饱和；继续往前推，未出现饱和。因此以A2为基 准分析，A3的最大输入为A2的P1dB，则A3最大的输出只有15dBm＋12dB ＝27dBm，经过L3的2dB损耗，总输出只有25dBm；系统最大的输入功率 为 Pimax＝15－20＋3＋6＋3－10＝－3dBm 注：系统设计时，总是把线性度最大的放在最后一级。 Company name www.themegallery.com 11.3微波发射系统 微波发射系统 应用：①雷达②通信③电子对抗 等无线系统 本振 上变频器 BPF 功放 天线 中频调制信号 Company name www.themegallery.com 主要指标： ①工作频段： 若f高→Δf宽，通信容量大。 以系统体制和作用 距离及环境而定。以P1dB （常用于通信）或输出饱 和功率PSAT（常用于脉冲 雷达）定义。 天线方向图尖锐，而体积小； 但电磁波的空间衰减(雨、雪、 雾等）大，接收机的噪声也高。 无委会使用频率划分。 ②输出功率及发射功率： 11.3微波发射系统 Company name www.themegallery.com 频率稳定度： 取决于本振的频率稳定度。由系统体制和信号质量来定。 目前一般微波振荡器频稳好者可达10－5～2×10－6左右。 若需要更好的长稳，得采用石英晶体控制的锁相振荡器，其 稳定度基本取决于石英晶体振荡器，可大10-9以上。 ④干扰与噪声： 包括相位噪声、交调干扰噪声等。 相位噪声产生于本振，体现振荡器瞬时频稳（短稳）的质 量，表示信号的频谱纯度。交调干扰噪声主要产生于本振、 上变频器、功放的非线性特性，以及微波部件之间的回波反 射。（如果每个部件的输入输出不好需加隔离器）。 11.3微波发射系统 Company name www.themegallery.com ⑤交调失真： 取决于上变频器和功放的非线性特性，最主要的交调失 真是3阶交调，因为它最靠近载波信号，难于滤掉，并 且比其他高阶交调分量高。 信号源1 信号源2 合成器 被测件 频谱仪 f1 f2 图五、非线性电路交调测试方法 11.3微波发射系统 Company name www.themegallery.com ICPN(dBm)= 式中：ICPN是第n阶交调点功率（dBm）；S是交调分量与载波之 比(dB)；P是载波功率电平（dBm）；N是交调阶数。 PN S  1 P f f1 f2 f2-f1 2f1-f2 2f2-f1 3f1-2f2 3f2-2f1 2f1 2f2 f1+f2 P S f1 f2 2f1-f2 2f2-f1 11.3微波发射系统 Company name www.themegallery.com ⑥微波发射频谱框架 由于通信、雷达、导航等业务的大力发展，微波频段 十分拥挤，使得频率资源更为紧张。目前提高频谱利用率和 避免邻近波段干扰要求越来越严，因此对微波发射机的发射 信号频谱加以严格限制，使之不占用过宽频带，对邻近波段 干扰甚微。对发射信号频谱的限制范围叫发射频谱框架，靠 滤波器的滤波特性来保证。 例如11GHz的数字通信，可用带宽为40MHz，带外抑 制要求高达-80dBc。 另外，还有群时延，AM/AM、AM/PM、传输相位、散 热等不同要求。 11.3微波发射系统 Company name www.themegallery.com 11.4微波接收系统 微波接收系统 主要性能指标： ①、工作频段和通频带： 主要取决于检测频带（无源辐射计）、或发射机 频带（固定点）及多普勒频漂（移动目标）。为 了有效抑制干扰、获得最佳信号传输，应选择合 适的通频带和通带形式，由滤波特性来保证。 LNA 带通滤波器 BPF 镜频抑制滤波器 BPF 低通滤波器 LPF A 本振 混频器 Mixer 低噪声放大器 LNA 前中 天 线 中频输出 0 2 fc Vf rd   Company name www.themegallery.com ②．噪声系数： 噪声系数是接收机的重要技术指标。由多个微波部件级 联的接收系统，其系统噪声主要是取决于前面几级，因此 要求前几级的无源元件插入损耗尽可能小、有源电路噪声 系数尽可能低且有足够增益。 ③. 接收机总增益Gt ： 增益之和减去损耗之和，注意低噪声器件尽量位于前级， 而P1dB较大器件位于末级。 ④．本振频率稳定度： 包括长稳和短稳（与发射机相同）。接收机和发射机可以 用两个独立的振荡器，也可共用同一振荡器，需从系统体 制（是否相参）和方便考虑。 ⑤．寄生参数： 包括带内谐波和杂散，由电路的非线性特性产生。 11.4微波接收系统 Company name www.themegallery.com ⑥．动态范围： 接收机灵敏度（接收最小信号的能力）到1dB压缩点的范 围。 接收机灵敏度：主要由噪声、增益和中频带宽等决定。 式中Δfm－系统中频带宽；绝对温度T0=290K 识别系数M>1 另外还有其他指标，如镜频抑 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 ，输入/输出驻波， 三阶交调，抗烧毁输入功率，自动增益控制等。 Pmin=NF (kT0Δfm) M Company name www.themegallery.com 11.5雷达系统 雷达方程： 雷达系统举例 式中：Pr－接收功率；Pt－发射功率；G－发射天线增益；R－距离； Ae－接收天线的有效面积； 雷达目标的截面积 22 44 R A R GPP etr  如果收发共同一付天线，有 ，再由最小可检测信号Smin代替 Pr，可求得雷达的最大作用距离： 2 24   sA 2 4   eAG＝ 2 4   eAG＝ Smin= 4/1 0 3 22 max ])4([ LdFkT GER t  BtBdFkT /0 式中： －发射的每个脉 冲的总能量；L－考虑的损耗项； d－所要求的检测指标 tPE tt  Company name www.themegallery.com 收发开关 发射机 调制器 显示器 检波器 定时器 LNA 视放中放 本振 天线 11.5雷达系统 脉冲（PD）雷达原理方框图 Company name www.themegallery.com 信号处理 双工滤波 功放 调制 同步器 显示 激励器 中放前放混频 伺服 典型脉冲雷达方框图 11.5雷达系统 Company name www.themegallery.com VCO或 点频源 耦合器 环行器 混频器 前中 天线 中频输出 fd这种FMCW雷达应用很 少的原因的解决措施： ①零中频不知的正与 负，即不知目标运动的 矢量方向（可通过高中 频、三角波形调制解 决）。 ②由于环形器隔离度不 够大，接收路饱和严 重，即动态范围太小。 （可采用双天线和对消 技术，目前可对消70dB 左右。 FMCW雷达的简易原理方框图 零中频系统 11.5雷达系统 线性调频连续（FMCW）波雷达 Company name www.themegallery.com VCO或 点频源 耦合器 环行器 混频器 前中 天线 中频输出 fm ± fd FMCW雷达的简易原理方框图 高中频系统 11.5雷达系统 线性调频连续（FMCW）波雷达 fm fo fo+fm f t f2 f1 t0 2t0 3t0 f t f2 f1 t0 2t0 锯齿波调制 三角波调制 对消器 Company name www.themegallery.com 相控阵系统（雷达）中的T/R组件 高频收发前端—无线电系统中的收/发高频前端子系统的一 般性名称，可有可无移相功能，但须有上下变频功能。 T/R组件（模块）—专指用于相控阵系统（雷达）的高频收 发前端，必须具有移相功能，可不必变频。 单刀双掷开 关或环行器 单刀双掷开 关或环行器 幅相控制 功 分 合 路 器 低噪声放大器 功率放大器 Company name www.themegallery.com 通信方程（Friis Equation) kdfGG P PdBL RT R T F   10101010 10 log20log20log10log10 )(log10)( 其中 PR——接收功率； PT——发射功率； GT ——发射天线增益； GR ——发射天线增益； c ——光速；f ——频率；d ——收/发天线距离 56.147)103 4(log20)4(log20 81010   ck 11.6 通信系统 Company name www.themegallery.com 11.6 通信系统 通讯系统举例 目前：收发异频双工，相位调制、数字微波 以C－波段 VSAT户外系统―极小口径终端卫星地面站为例。 系统技术指标： 发射频率：5.925~6.425GHz 接收频率：3.7~4.2GHz 输入/输出中频：70±18MHz 信道划分：50个（10MHz）；100个（5MHz）；200个 (2.5MHz） 发射功率：5，10，20，40W→50W，80W Company name www.themegallery.com C波段VSAT户外系统方框图 11.6 通信系统 5.925~6.425GHz 3.7~4.2GHz 4.7425~5.2425 GHz1.1125GHzPLL 频综 双 工 滤 波 HPABPF2 上变频器2放大器 BPF1 上变频器1中放 中放 LPF 下变频器2 LNA BPF3 放大器 下变频器1 镜频滤波 户 内 系 统 70±18MHz 70±18MHz Company name www.themegallery.com 11.7导弹制导技术 1、主动制导技术：导弹自带导引头雷达，具有发 射和接收功能，主动跟踪攻击目标。 2、半主动制导技术：由地面雷达（或卫星、飞机） 测量导弹和目标的位置和飞行轨迹，并发指令给 导弹，引导导弹攻击目标。 3、被动制导技术： a、反辐射导引头：仅具有接收测向功能，根据 敌方雷达发射的电磁波或飞行器发动机发射的红 外线，跟踪攻击目标，接收灵敏度不高。 b、辐射计导引头：仅具有接收测向功能，根据 黑体辐射理论，测量目标自身发射的微弱电磁频 谱信号，跟踪攻击目标，接收灵敏度很高。 Company name www.themegallery.com 11.8电子对抗（雷达对抗） 雷 达 有 意 干 扰 有 源 干 扰 无 源 干 扰 遮盖性干扰 欺骗性干扰 噪声调幅干扰 复合调频干扰 噪声调相干扰 距离欺骗干扰 角度欺骗干扰 速度欺骗干扰 遮盖性干扰 欺骗性干扰 金属箔条走廊干扰 金属箔条区域干扰 反雷达伪装 雷达诱饵 Company name www.themegallery.com 一、微波电路与组件的发展趋势 微波 /毫米波电路发展史 波导立体 电路 平面混合 集成电路 MMIC MCM SOC 第一代 第二代 第三代 第四代 SIP SOP 多功能芯片、MEMS 3.5代 Company name www.themegallery.com 波导 同轴线 真空电子 器件 微波电路 电路形式 有源器件 后期为同轴封装的 固态器件 二、第一代微波电路——波导立体电路 优点：品质因数高，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，环境适 应性差，相应成本高，难以集成。 波导电路的理论分析和计算设计问题已完善，主要精 力集中在工艺制作上，仅应用于大功率、高Q值情况。 波导立体电路 Company name www.themegallery.com 微波混合 集成电路 同轴线真空电子器件 波导 微波半导 体器件 平面传输 线 小型化 重量轻耗能少 成本较 低 三、第二代微波电路—— HMIC 微波混合集成电路(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 （SMT）。 目前，微波混合集成电路的理论问题已趋完善， 重点在工程上的巧妙应用，是当今的主流。 Company name www.themegallery.com 四、第三代微波电路—— MMIC、MCM 到了20世纪70年代后期出现了以单片微波 集成电路(MMIC)和多芯片组件(MCM）为代表的第 三代微波电路。同时出现了RF CMOS、FRIC、 RFID、RF MEMS，大大丰富了第三代微波电路的 内容，使小型化又前进了一步。其中，多功能芯 片是第三代微波电路向第四代发展的过渡阶段。 Company name www.themegallery.com 4.1 微波单片集成电路(MMIC) 工作频带 加宽 半导体理论 的发展 半导体工 艺的成熟 III-V族材料 制备的完善 体积、重量 比HMIC减少 两三个数量 级 可靠性大 大改善 器件成品 率的提高 MMIC 有源和无源部 分都制作在同 一衬底上 微波单片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，I/O均为50欧姆。 Company name www.themegallery.com MMIC的设计与制造 Company name www.themegallery.com 4.2多芯片组件(MCM) 多芯片组件(MCM)  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。 Company name www.themegallery.com 多芯片组件(MCM) MCM结构示意及技术领域 Company name www.themegallery.com LTCC技术 LTCC 技术，是MCM-C中的一种最有发展前途的技 术，因其在高频表现出优异的性能，已经成为微波 毫米波高密度集成技术研究发展的热点。 800 ~ 950oC Co-fired(叠层共烧) 生瓷带 金属导体(Au. Ag. Cu) Dupont Ferro Ceramic(陶瓷基板) Low Temperature 低温共烧陶瓷(LTCC) Company name www.themegallery.com  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 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图 LTCC的特点 Company name www.themegallery.com 4.3多功能芯片 所谓多功能芯片，就是包含两个或两个以上功能电路功能的 MMIC芯片，是第三代微波电路向第四代发展的过渡阶段。 优势  成本和面积进一步减小；  缩短互连长度，提高电路性能；  减少片外互连，提升可靠性。 主要技术指标  频率和带宽  综合性能指标：增益、输出功率、噪声系数和相位噪声等  功耗  芯片面积 Company name www.themegallery.com 微波/毫米波多功能芯片所采用的工艺主要有： 1.CMOS工艺 a) Si CMOS：低功耗和高集成度； b) SiGe HBT：较好的线性度和更高的速度； c) SiGe 双极互补金属氧化半导体(BiCMOS)更是结合了 CMOS和HBT的优势。 2.Ⅲ-Ⅴ 族化合物半导体工艺 a) GaAs pHEMT/mHEMT 及其E/D 模工艺兼容； b) 低噪声和功率器件同片材料与工艺兼容。 3.GaN化合物半导体及其E/D模工艺 4.石墨烯工艺 4.3多功能芯片的工艺 Company name www.themegallery.com  在CMOS多功能芯片上，由于市场的推动（低成本），微 波低端、60GHz频段和77GHz频段的芯片已经比较成熟， 但在其他微波/毫米波频段，性能仍与GaAs有较大差距。  在GaAs多功能芯片上，毫米波中低频段（40GHz以下）产 业已经出现，而目前毫米波中高频段（40GHz以上）产业 正成为学术界与工业界的热点。InP多功能芯片还未见相 关报道。E/D模工艺的进一步发展，必将推动化合物半导 体多功能芯片的集成度。  在新兴工艺方面，GaN 多功能芯片工艺已经获得突破， 但集成度和性能上仍有待进一步研究；石墨烯已经有单 片电路报道，距离实际应用还有较大差距，仍处在研究 初期，多功能芯片还未见相关报道。 多功能芯片国外发展动态 Company name www.themegallery.com  在CMOS多功能芯片上，国内大陆仍处在发展初期，主 要仍在微波频段的相关芯片研究，还未见毫米波频段 的相关报道。中国台湾已经有60GHz的相关芯片报道。  在GaAs多功能芯片上，基于国内大陆工艺线的芯片已 经在毫米波频段上取得较大突破，基于国外工艺线设 计的芯片，已经在毫米波频段有相关报道，但集成度 仍有待提高。中国台湾已经在Ka波段取得较好的成 果，但毫米波频段报道较少。  在新兴工艺方面，GaN器件仍处在单元电路和器件研究 上，多功能芯片还未见有相关报道；石墨烯仍处在材 料和器件制备研究阶段，微波/毫米波频段器件还未见 相关报道。 多功能芯片国内发展动态 Company name www.themegallery.com 4.4 MEMS技术 Company name www.themegallery.com MEMS在微波中的应用 RF—MEMS开关 MEMS开关最大的特点是插损小、 频带宽。但速度慢、寿命有限。 MEMS滤波器 国内开发了微型MEMS硅腔滤波器，体积 是传统腔体滤波器的几百分之一，重量 是其几千分之一。特别适合毫米波高端。  MEMS集成时钟 MEMS集成时钟将使现在庞大的铷原子钟、 晶振等时钟元器件得以集成，体积、重 量以百倍、千倍地减小，而基本指标基 本不变甚至更好。另MEMS陀螺。 Company name www.themegallery.com 五、第四代微波电路—— SOC、SIP、SOP  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。 5.1 片上系统(SOC) Company name www.themegallery.com SOC一般结构示意图 控制逻辑 模块 含有ADC /DAC 的 模拟前端 模块 电源提供 和功耗管 理模块 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 •系统功能集成是 SOC的核心技术； •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核是SOC的设计 基础。 Company name www.themegallery.com SOC的特点 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 SOC特点 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。 核心问题 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。 Company name www.themegallery.com 系统级封装(SIP)  SiP是采用任何组合将多个具有不同功能的有源和无源电子元器件以 及诸如MEMS、光学甚至生物芯片等其他器件组装在单一封装中，形 成一个具有多种功能的系统或子系统。  基本构件：兼容不同制造技术的IC芯片和无源元件，包括Si、CaAs 、InP和模拟、射频、数字IC芯片，阻容元件、光器件、MEMS等，在 一个封装中密封从而使封装由芯片级进入系统集成级。 5.2 系统级封装(SIP) Company name www.themegallery.com 系统级封装(SIP) 无源元件集成在 多层封装结构中 系统小型化 Company name www.themegallery.com 5.3 封装级系统(SOP)  SOP从传统的分立组件互连转变为利用多层薄膜元件和封装技术，将微波 与射频前端、数字与模拟处理电路、存储器、光器件与微米级薄膜形式的 分立元件等多个功能模块集成在一个封装内，完成某一独立的功能, 属于 真正的系统级封装，封装就是系统，而不再是笨重的印制板。 封装级系统(SOP) Company name www.themegallery.com SOP与SIP 1994年佐治亚理工学院的划分：将SOP (System on Package)覆盖面大于SIP，强调其具有更强的系统功能集 成能力。 PA LNA Mixer Driver amp Swich VCO Filter Duplexer Balun Power Combiner Antenna High-Q L/C Package MMIC SIP SOP Company name www.themegallery.com 射频系统的演变