微波毫米波无源和有源器件
微波毫米波无源器件和有源器件是工作在微波波段和毫米波波段的电子元件,它们被集成在一个基片上,构成具有特定功能的电路。以下是一些常见的微波毫米波无源和有源器件:
无源器件:
- 滤波器:用于筛选特定频率的信号,让需要的频率通过,而抑制其他频率的信号。
- 耦合器:可以将输入信号按一定比例分配到不同的输出端口。
- 功分器:把输入信号的功率分配到多个输出端口。
- 双工器:实现收发信号的分离,使得同一天线能够在不同时间进行接收和发射。
- 环行器:使信号只能沿特定方向传输,常用于隔离不同端口之间的信号。
- 隔离器:限制信号的反向传输,保护源器件。
- 天线:用于发射和接收电磁波信号。
有源器件:
- 微波低噪声放大器(LNA):用于放大微波信号,同时具有较低的噪声系数,以减少信号的噪声干扰。
- 功率放大器:增强信号的功率,使其能够传输更远的距离或驱动更大的负载。
- 变频器:实现信号频率的变换。
- 移相器:改变微波信号的相位。
- 衰减器:按一定比例降低信号的幅度。
- 压控振荡器(VCO):输出频率受控制电压调节的振荡器。
- 单片微波集成振荡器:将振荡器的功能集成在单片上。
这些器件在微波毫米波通信、雷达、卫星通信、电子对抗等领域都有广泛应用。在实际应用中,根据具体的系统需求和性能要求,选择合适的无源和有源器件,并进行合理的电路设计和集成,以实现所需的功能和性能。
单片微波集成电路(MMIC)则是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。砷化镓单片微波集成电路的制作工艺包括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。
相比混合微波集成电路,单片集成具有更高的使用极限频率、更宽的带宽、更好的性能一致性、更小的基片面积和更高的集成度等特点,但不能采用可调节元件,且在单片集成中不能采用碰撞雪崩渡越时间模式的雪崩渡越时间二极管,必需采用计算机辅助设计进行电路的精确设计,只有在大批量生产时才能实现成本小、价格低。
在毫米波集成电路方面,工作在30~300吉赫范围内的集成电路被称为毫米波集成电路。砷化镓比硅更适合制作单片微波集成电路(包括超高速电路),原因主要有: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;砷化镓电子迁移率比硅高5倍左右,工作频率高、速度快;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。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、大容量信息处理等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。
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