开发军用微波电路

微波集成电路

        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。可分为混合微波集成电路和单片微波集成电路。混合微波集成电路是采用薄膜或厚膜技术,将无源微波电路制作在适合传输微波信号的基片上的功能块。电路是根据系统的需要而设计制造的。常用的混合微波集成电路有微带混频器、微波低噪声放大器、功率放大器、倍频器、相控阵单元等各种宽带微波电路。单片微波集成电路是采用平面技术,将元器件、传输线、互连线直接制做在半导体基片上的功能块。砷化镓是最常用的基片材料。微波集成电路起始于20世纪50年代。微波电路技术由同轴线、波导元件及其组成的系统转向平面型电路的一个重要原因,是微波固态器件的发展。60~70年代采用氧化铝基片和厚膜薄膜工艺;80年代开始有单片集成电路。
混合微波集成电路
 
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上,然后将分立有源元件安装在相应位置上组成微波集成电路。微波集成电路所用的介质有高氧化铝瓷、蓝宝石、石英、高优值陶瓷和有机介质等。电路形式有分布参数式微带电路和集总参数电路两种。有源器件使用封装的微波器件,或直接用芯片。微波集成电路的主要特点,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。常用的有微带混频器、微波低噪声放大器、微波集成功率放大器、微波集成振荡器、集成倍频器、微带开关、集成相控阵单元和各种宽带电路等。
 
单片微波集成电路
 
将微波功能电路用半导体工艺制作在砷化镓材料或其他半导体材料的芯片上的集成电路。用硅材料制作的微波电路工作于 300~3000吉赫频段,可以视为硅线性集成电路的扩展,不包括在单片微波集成电路之内。
砷化镓单片微波集成电路的制作工艺,是在半绝缘砷化镓单晶片上用外延生长或离子注入硅形成有源层;注入氧或质子产生隔离层(或适合产生隔离层的其他离子);注入铍或锌形成PN结;通过电子束蒸发制作金属-半导体势垒;用亚微米光刻、干法刻蚀、钝化保护等工艺制作有源器件(如二极管、场效应晶体管)和无源元件(电感、电容、电阻和微带元件耦合器、滤波器、负载等)以及电路图形。电路设计也分为集总参数和分布参数两种形式。分布参数主要用于功率电路和毫米波集成电路。毫米波集成电路指工作在 30~300吉赫范围内的集成电路。
砷化镓比硅更适合于制作单片微波集成电路(包括超高速电路)主要是由于:①半绝缘砷化镓衬底的电阻率高达107~109欧·厘米,微波传输损耗小;②砷化镓电子迁移率比硅高5倍左右,工作频率高,速度快;③关键有源器件砷化镓金属-半导体场效应晶体管是一种多功能器件,抗辐照性能好,所以砷化镓单片微波集成电路在固态相控阵雷达、电子对抗设备、战术导弹、电视卫星接收、微波通信和超高速计算机、大容量信息处理方面有广泛的应用前景。
已研制成功并逐步实用的单片微波集成电路有:单片微波集成低噪声放大器、单片电视卫星接收机前端、单片微波功率放大器、单片微波压控振荡器等。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。


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