毫米波第二六章毫米波固态电路

1、毫米波第二六章毫米波固态电路第1页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四毫米波真空管分类慢波型正交场放大器（CFA）磁控管（Magnetron）速调管（Klystron）行波管（TWT）返波管（BWO）快波型回旋管（Gyrotron）莱达管（Ledatron）潘努管（Peniotron）第2页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四毫米波固态源分类二端器件IMPATTGunn三端器件MESFETHEMT FETPHEMT FET倍频器第3页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四振荡器换能器：DCAC放大器：G非线性电路负阻振荡的基本原理直流静

2、态电阻永远为非负值 R=V/I 0负阻是就动态电阻而言的，即器件V-A特性曲线上某处的斜率 r=dv/di Rc()平衡条件 Zd(A)+Zc()=0稳定条件振荡的三种条件第5页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四振荡器噪声分析第6页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四注入锁定第7页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四1958年Read提出模型1965年Johnston首次从工作在雪崩区的p+n二极管中观察到了微波振荡2.2 IMPATT振荡器第8页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四单双漂结构对比单漂区（SDR）

3、双漂区（DDR）结构p+-n-n+p+-p-n-n+漂移区数量12结面积较小较大输出功率较小较大工艺复杂性和成本较低较高第9页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四毫米波IMPATT二极管的封装结构和热模型第10页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四IMPATT二极管CW功率随频率变化第11页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四IMPATT二极管脉冲功率随频率变化第12页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四IMPATT二极管封装结构（100GHz以下）陶瓷环封装f50GHz石英环封装50GHzf1 超突变结变容二极管

4、的非线性特性零偏压结电容PN结的势垒电位差反向偏压绝对值第39页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四并联型（电流激励型）和串联型（电压激励型）二极管倍频电路的基本形式第40页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四并联型（电流激励型）特点：二极管上只有f1和Nf1频率的电流优点：二极管可接地，利于散热，适合大功率倍频缺点：二极管与输入输出回路均为并联，使得输入输出阻抗都较低串联型（电压激励型）特点：二极管上只有f1和Nf1频率的电压优点：输入输出阻抗较高，且随谐波次数N的增加，效率下降程度比并联型小，对N3的场合较适合缺点：散热不如并联型二极管倍频电路两种形

5、式的特点第41页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四空闲回路（LmCm）匹配电路偏置电路倍频附加电路第42页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四W频段高功率二倍频电路输出部分第43页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四二倍频器第44页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四HBV三倍频器450GHz单管三倍频器和异质结势垒变容二极管（HBV）器件 M. Saglam 2002第45页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四反向并联二极管对平衡倍频器第46页，共90页，2022年，5月20日，23点51分

6、，星期四35% bandwidth Q-to-W band frequency doubler C. Nguyen 1987鳍线平衡倍频电路第47页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四75-110GHz full waveguide band MMIC tripler M. Morgan 2001W频段单片集成平衡三倍频器第48页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四900GHz平衡三倍频器 2004第49页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四900GHz平衡三倍频器性能第50页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四三

7、端器件振荡器和倍频器FET二倍频器（微带结构）第51页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四二端器件混频器单二极管混频器（单端混频器）反向并联二极管对偶次谐波混频器二极管平衡混频器二极管双平衡混频器三端器件混频器6.3 混频器第52页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四梁式Schottky二极管俯视图第53页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四二极管混频原理第54页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四混频器噪声系数和SSB变频损耗第55页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四亚谐波混频器反向并联二极

8、管对偶次谐波混频电路第56页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四平衡混频电路第57页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四230GHz single ended mixer J.W. Archer 1981波导单端混频器第58页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四SSB变频损耗和噪声温度第59页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四单端混频器第60页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四亚谐波混频器第61页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四亚谐波混频器300-360GHz sub

9、-harmonic mixer using planar Schottky diodes B. Thomas 2005第62页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四单脊鳍线亚谐波混频器Wide-band subharmonically pumped W-band mixer in single-ridge fin-line P.J. Meier 1982第63页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四单片亚谐波混频器E-band monolithic Schottky diode pair subharmonic mixer E.B. Stoneham 200

10、6第64页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四单片四次谐波混频器60GHz Uniplanar MMIC 4 Subharmonic Mixer M.W. Chapman 2002有限宽度地共面（FGC）波导第65页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四鳍线共面线平衡混频器第66页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四鳍线带线平衡混频器第67页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四鳍线带线平衡混频器第68页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四微带平衡混频器第69页，共90页，2022年，5月20日，2

11、3点51分，星期四V频段单片集成混合环平衡混频器IV band singly balanced diode mixer C. Florian 2005第70页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四W频段单片集成混合环平衡混频器91-99GHz monolithic HEMT Schottky diode singly balanced mixer Velocium第71页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四单片双平衡混频器70-90GHz monolithic HBT star mixer Velocium第72页，共90页，2022年，5月20日，23点

12、51分，星期四单栅和双栅三端器件混频电路第73页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四三端器件平衡混频电路第74页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四单片有源平衡混频器32-46GHz monolithic GaAs PHEMT balanced mixer Mimix第75页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四HEMT器件结构及其等效电路第76页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四实际HEMT器件的典型结构第77页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四单级、双级低噪声放大器第78页，共90页，20

13、22年，5月20日，23点51分，星期四56-70GHz monolithic PHEMT low noise amplifier TriQuint单片低噪声放大器第79页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四平衡式分布式（行波式）反馈式有源匹配式有损匹配式宽带放大器类型第80页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四平衡式宽带放大器第81页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四分布式（行波式）宽带放大器第82页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四反馈式宽带放大器第83页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星

14、期四有源匹配式宽带放大器第84页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四有损匹配式宽带放大器第85页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四宽带放大器性能比较平衡式分布式（行波式）负反馈有源匹配有损匹配应用频段范围1个倍频程多个倍频程（最宽）几个倍频程几个倍频程几个倍频程阻抗匹配效果优良优良良好良好较差噪声系数低中等较高较高高输出功率线性度好一般较好较好一般电路尺寸较大较小中等较小小制造允许公差大中等中等中等大第86页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四80-100GHz monolithic HEMT balanced, 3-stage, low noise amplifier TriQuint平衡式放大器第87页，共90页，2022年，5月20日，23点51分，星期四DC-60GHz monolithic MMHEMT low noise amplifier TriQuint单片分布式（行波式）放大器第88页，共90页，20