毫米波元器件发展动态

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1、2008年微波技术新进展毫米波元器件技术发展动态毫米波固态电路毫米波频率：30～300GHz毫米波波长：10～1mm毫米波波导频段划分毫米波固态电路MillimeterWaveSolid-StateCircuits振荡器—Oscillators混频器—Mixers放大器—Amplifiers功率合成器—PowerCombiner倍频器—FrequencyMultipliers检波器—Detectors开关—Switches移相器—PhaseShifters。。。。。。。。。。。推动毫米波技术发展的关键毫米波固态电路50GHz以下频段，基本采用MMIC器件实现50GHz以上频段，多采用

2、分离元件的波导电路国外毫米波部件主要厂商：爱尔兰Farran公司：26.5～325GHz美国Hughes公司：26.5～140GHz美国Millitech公司：18～300GHz美国Agilent公司：26.5～325GHz美国Alpha公司：26.5～140GHz毫米波固态源低电压，长寿，体积小，结构简单，重量轻毫米波固态源实际上是一种换能器，把直流功率变换为毫米波功率，利用器件固有的非线性特性与器件中的电流作用来产生毫米波振荡IMPATT器件可用于30GHz~300GHz的整个毫米波频率范围，有很好的连续波和脉冲功率效率与可靠性Gunn器件也可以用到140GHzFET器件可以用到

3、80GHz目前在毫米波频率高端（如3mm波段以上）应用最广泛的还是IMPATT和Gunn这两种负阻器件负阻振荡器起振后，振荡幅度不可能一直增长，由于负阻器件的非线性特性，随着振荡幅度增长，负阻

4、RD

5、下降。直到

6、RD

7、=r（外接回路损耗电阻）时，达到平衡，实现稳幅振荡振荡平衡的幅度条件：[R()-RD(I)]=0振荡平衡的相位条件：[X()-XD(I)]=0负阻器件振荡器的工作原理Z(w)-Z(A)I利用半导体内的雪崩现象和渡越时间效应来获得动态负阻，从而产生振荡。W.T.Read在1958年提出IMPATT工作原理1965年首次报道在简单的SiPN结二极管上获得了微波振荡在整个

8、毫米波频段甚至亚毫米波频段低端，IMPATT器件都可以用作产生毫米波功率目前，Si材料的IMPATT二极管在毫米波器件中几乎处于垄断地位，这是因为它具有有效散热所需的良好热传导特性IMPATTDiode（IMPactAvalancheandTransitTimeDiode)碰撞雪崩及渡越时间二极管（简称雪崩二极管）Gunn在1962年发现GaAs的转移电子效应和IMPATT器件不同，Gunn二极管是纯粹体效应器件，它没有一般固态器件里的半导体掺杂形成结的概念，而是基于多数载流子在半导体内的运动特性，即利用电子转移特性来产生微波振荡的GaAs(砷化镓)材料(常用的半导体材料)：工作频段

9、一般小于60GHzInP(磷化铟)材料(更优越的毫米波性能)：工作频段达到100GHz以上GunnDiode耿氏二极管/体效应二极管/转移电子器件美国hughes公司美国alpha公司美国Millitech公司乌克兰Orion研究所俄罗斯依斯托克公司中国南京55研究所。。。。。。。。。毫米波IMPATT和GUNN器件主要来源毫米波固态源技术水平现状几种常用毫米波固态振荡器结构吸收负载的位置，腔体尺寸，输出负载以及短路活塞的位置都是获得较高功率的关键性参数毫米波GUNN振荡器产品IrelandFARRAN公司毫米波GUNN振荡器产品IrelandFARRAN公司毫米波GUNN振荡器产品

10、毫米波GUNN振荡器产品美国Alpha产品：～140GHz系列美国Hughes产品：26.5~100GHz系列250～10mW毫米波IMPATT振荡器产品美国Hughes公司34~143GHz系列连续波功率：1W～20mW脉冲功率：12～1W92～94GHz150mW(CW)10W脉冲电子科技大学GaAsGunn谐波振荡器(HarmonicOscillators)——一种重要的毫米波固态振荡器理论预言(1974年)：GaAsGunn器件的极限工作频率约为60GHz实践见证(1975年)：95GHzGaAsGunn振荡器问世实验方法证实(直到八十年代初)：原来GaAsGunn器件是工作

11、在谐波提取工作模式。也就是说，除了检测到的实际输出频率外，还在其恰好二分之一的频率点和二分之三的频率点上发现了振荡频率理论和实验研究表明：谐波振荡器具有比一般基波振荡器更好的抗负载牵引能力谐波振荡器频率稳定性分析对于第二次谐波振荡器,由于基频回路不加载,故基频回路的Q值很高,并且v12>>2v22,所以第二次谐波振荡器的频率稳定性远远高于基频振荡器的频率稳定性。采用外部高Q腔进行稳频时,在基频回路进行稳频比在谐波回路更好。外部负载的变化主要引起谐波回路的电