1/15/20231微波RF器件與電路設(shè)計（一）授課教師:李秀萍教授，博士生導(dǎo)師辦公室：明光樓816,Tel:62282900Email:xpli@1/15/20232Outline簡介及科研情況研究生期間學(xué)習(xí)建議什么是微波器件與電路設(shè)計設(shè)計什么，如何設(shè)計本課程參考書什么是微波器件與電路設(shè)計1/15/202331/15/20234無線通信歷史總結(jié)

19001910192019301940195019601970198019902000電話廣播無線電雷達(dá)衛(wèi)星通信衛(wèi)星遙感手機(jī)DBS商用GPSAuto&Highway個人通信系統(tǒng)衛(wèi)星個人通信系統(tǒng)單位芯片上集成的晶體管數(shù)量將每年翻一番全面發(fā)展廣泛應(yīng)用固體器件、固體集成電路和固體平面電路,小型化2年1965：30;1978：650001989：140萬;25MHz(i486)2002：5500萬;3.06GHz1/15/20235常用微波頻段命名頻段（GHz）C波段4-8X波段8-12.4Ku波段12.4-18K波段18-26.51/15/20236常用毫米波頻段

命名頻段（GHz）Q波段33－50U波段40－60V波段50－75E波段60－90W波段75－110D波段110－170G波段140－220Y波段220－3251/15/20237微波射頻器件及其發(fā)展無源器件

有源器件定義和區(qū)別無源電路可單獨(dú)使用，以提供射頻短路、開路、耦合、濾波、阻抗變換以及功率的合成、分配等功能有源電路無源電路與有關(guān)的半導(dǎo)體器件、電真空器件組成按功能分為：振蕩器、放大器、混頻器、倍頻器以及各種微波控制電路按有源器件類型分為:微波二極管器件電路，微波三極管器件電路，以及微波電真空器件電路。有源和無源電路是否有半導(dǎo)體器件或電真空器件有源和無源器件等效電路模型是否有源1/15/202381/15/20239無源器件無源器件的定義無源器件的種類無源器件的進(jìn)展典型無源器件介紹濾波器耦合器電容電感…1/15/202310無源器件及其ECM1/15/202311無源器件及其ECM1/15/202312二極管及其ECMPN結(jié)PN1/15/202313MOSFET及其ECM1/15/202314無源器件Twopartsaregiven:I.ThestubfilterII.Thecapacitive-gap-coupledtransmissionlinefilterNotes:firststepnocapacitiveloadingareconsideredinpartIPartIIPartI1/15/202315TheStubFilter1/15/202316MomentumResults1/15/202317無源器件的進(jìn)展1/15/202318無源器件發(fā)展趨勢模塊化IC、無源器件在全部電子器件及零部件的生產(chǎn)總成本中:46.1%和9.3%總安裝成本中:12.7%和55.1%（byiSuppli）低溫共燒陶瓷技術(shù)（LTCCtechnology－Lowtemperatureco-firedceramictechnolgoy）LTCC技術(shù)采用的多層制造工藝以及三維模擬技術(shù)、材料技術(shù)，并將濾波器以及平衡/非平衡阻抗轉(zhuǎn)換器(BALUN)等電路嵌入內(nèi)藏式的LTCC基板大容量的電容和電感并沒有被集成到基板上高成本薄膜技術(shù)、硅片半導(dǎo)體、多層電路板技術(shù)…

…1/15/2023191/15/202320無源器件發(fā)展趨勢小型化占設(shè)備總體PC板面積的比例60%,70%,80%無源器件的小型化工作相對滯后整體化優(yōu)點提高系統(tǒng)的可靠性縮短導(dǎo)電通路降低寄生效應(yīng)降低成本減小器件尺寸。

1/15/202321無源器件發(fā)展趨勢缺點系統(tǒng)的封裝設(shè)計封裝時在射頻條件下引入的寄生電感、寄生電容會引起信號串?dāng)_、延遲等等。在較高頻率，模塊的所有內(nèi)部互聯(lián)（Interconnection）被看作無源器件。封裝效應(yīng)的特征提取已是一個重要的課題。MEMSMEMS工藝加工的無源元件的可集成性1/15/202322無源器件發(fā)展趨勢系統(tǒng)級封裝（SysteminaPackage，即SiP）優(yōu)點寄生效應(yīng)小、損耗小集成度高SiP可使信號在封裝體內(nèi)直接傳輸，這樣可縮短系統(tǒng)內(nèi)元件間的連線距離，降低系統(tǒng)的寄生效應(yīng)，改善了互連的電學(xué)性能?？s短產(chǎn)品開發(fā)時間降低成本1/15/202323可以將CPU，DRAM，F(xiàn)LASH等根椐客戶需成集成在一塊小、輕、薄的芯片內(nèi)，有利于減小或消除高速電路所帶來的噪音和EMI的困擾1/15/202324無源器件發(fā)展趨勢無源器件的建模電路與系統(tǒng)仿真效率Time-to-marketandcostpressures仿真軟件特征值提取以及建模結(jié)合微波測量和電磁場分析方法HFSS設(shè)計軟件ADSSchematicMomentumHFSSCSTCadance1/15/202325參考書《射頻與微波工程實踐導(dǎo)論》李秀萍等譯著《微波射頻測量技術(shù)基礎(chǔ)》－李秀萍等編著《射頻與微波電子學(xué)》－拉德馬內(nèi)斯《微波技術(shù)基礎(chǔ)》－閆瑞卿等編，北京理工大學(xué)出版社1/15/2023261/15/202327集成電路及其發(fā)展1/15/202328集成電路及其發(fā)展集成電路定義集成電路的歷史集成電路的分類集成電路設(shè)計過程典型應(yīng)用RFIDMEMS1/15/202329集成電路定義集成電路是指通過一系列特定的加工工藝，將晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容、電感等無源器件，按照一定的電路互連，“集成”在一塊半導(dǎo)體晶片（如硅或砷化鎵）上，封裝在一個外殼內(nèi)，執(zhí)行特定電路或系統(tǒng)功能的一種器件。1/15/202330集成電路歷史Jack-KilbyRobortNoyce我的工作可能引入了看待電路部件的一種新角度，并開創(chuàng)了一個新領(lǐng)域，自此以后的多數(shù)成果和我的工作并無直接聯(lián)系1/15/202331集成電路的分類1/15/202332集成電路設(shè)計過程示意圖1/15/202333集成系統(tǒng)（IS:IntegratedSystem）發(fā)展:（SOC:SystemOnChip）。

處理機(jī)制模型算法、軟件（特別是芯片上的操作系統(tǒng)-嵌入式的操作系統(tǒng)）芯片結(jié)構(gòu)各層次電路直至器件的設(shè)計緊密結(jié)合起來，設(shè)計自頂向下（Top-Down）。與由IC組成的系統(tǒng)相比，SOC在同樣的工藝技術(shù)條件下實現(xiàn)更高性能的系統(tǒng)指標(biāo)。集成電路的發(fā)展（三）SIP與SoC的關(guān)系：目的:就是要提高集成度，把系統(tǒng)直接做在一個芯片里;把幾個裸片包在一個封裝里。系統(tǒng)級芯片具有性能高、可靠性高、使用壽命長等優(yōu)點，但其開發(fā)測試成本都很高，而且越復(fù)雜成品率越低，同時上市時間長，對批量的要求大。系統(tǒng)級封裝則相反，它的適用性很強(qiáng)，可將不同工藝不同功能(數(shù)字、模擬、存儲器等)芯片放在一起，成本與上市時間都優(yōu)于前者，而且不論批量大小，但它在性能上卻要稍遜一籌。

1/15/2023341/15/202335RFID(RadioFrequencyIdentification)1/15/2023361/15/202337MEMS（微電子機(jī)械系統(tǒng)）CharacteristicsSize(frommillimeterstomicrometers)BasedonICfabricationtechniquesandmaterialsofmicroelectronicsBatchfabrication,lowcostRepresentallenergytransformandtransmissionGravityandinertiaarenotimportant,atomicforcesandsurfacedominateMergerofICworldandMechanicalWorld,anintegratedsmartsystem1/15/202338MEMS（微電子機(jī)械系統(tǒng)）ClassificationSensorActuatorMicroelementMicroOptoMechanicaldevicesMicroOptoElectroMechanicaldevicesRFMEMSdevices1/15/202339Micromachinedtr