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第1章 绪论1

1.1引言1

1.2毫米波频谱资源的划分3

1.3毫米波的特点4

1.3.1基本特性4

1.3.2军事应用特性5

1.4毫米波技术的“热点”9

1.4.1大气窗口9

1.4.2非大气窗口10

1.5毫米波集成电路及其分类10

1.5.1毫米波混合集成电路10

1.5.2毫米波单片集成电路11

1.6毫米波集成电路的发展现状及趋势13

1.6.1工作频率13

1.6.2输出功率16

1.6.3集成度17

1.6.4工艺与材料20

1.6.5测试与测量22

1.6.6 EDA软件24

1.6.7现代电子系统24

1.7毫米波集成电路材料25

1.7.1氮化镓材料25

1.7.2硅/锗材料26

1.8毫米波集成电路工艺线27

1.9国际发展现状28

1.9.1晶圆代工服务市场垄断突出29

1.9.2成本效益与拓展市场30

1.9.3 Fabless日益成为主流30

1.10毫米波集成电路的应用35

1.10.1无线通信领域35

1.10.2毫米波M1M0技术36

1.10.3成像与探测领域39

第2章 毫米波集成电路工艺技术42

2.1引言42

2.2毫米波半导体器件简介42

2.2.1衬底材料42

2.2.2有源器件种类43

2.3高电子迁移率晶体管43

2.3.1 HEMT沟道电子面密度44

2.3.2 HEMT电流-电压特性45

2.3.3 HEMT频率特性46

2.3.4 HEMT噪声特性48

2.3.5 HEMT技术发展48

2.4无源器件50

2.4.1电阻50

2.4.2电容51

2.4.3电感52

2.4.4通孔和接地54

2.4.5传输线54

2.5毫米波单片集成电路工艺技术56

2.5.1外延有源层56

2.5.2制备欧姆接触56

2.5.3硼离子注入隔离56

2.5.4制备T型金属栅接触57

2.5.5制备欧姆接触引线孔、金属薄膜电阻57

2.5.6制备电容的下电极57

2.5.7电容介质层生长58

2.5.8空气桥58

2.5.9制备第二层厚金属58

2.5.10制备背面通孔和划片道58

2.6小结59

参考文献59

第3章 毫米波单片电阻型场效应管混频器电路60

3.1引言60

3.2电阻型场效应管混频原理61

3.2.1电阻型场效应管混频器原理61

3.2.2电阻型场效应管混频器特性62

3.3电阻型场效应管混频器的类型66

3.3.1单端电阻型场效应管混频器67

3.3.2单平衡电阻型场效应管混频器68

3.3.3双平衡电阻型场效应管混频器69

3.4单平衡电阻型场效应管混频器设计69

3.4.1混频器指标和拓扑69

3.4.2 Lange耦合器设计70

3.4.3电路性能设计72

3.5小结75

参考文献75

第4章 毫米波单片矢量调制器77

4.1引言77

4.2矢量调制器原理78

4.3矢量调制器类型80

4.3.1反射式矢量调制器80

4.3.2平衡式矢量调制器82

4.4单片矢量调制器的设计83

4.4.1零偏置HEMT管模型83

4.4.2反射式矢量调制器的优化设计85

4.4.3 Ka波段平衡式矢量调制器的优化设计87

4.4.4单片矢量调制器的低温漂设计88

4.5单片矢量调制器的测试89

4.5.1小信号测试方案90

4.5.2大信号测试方案90

4.5.3测试结果91

4.6小结93

参考文献94

第5章毫米波单片开关电路97

5.1开关基本指标97

5.2开关典型分类99

5.2.1 CMOS技术100

5.2.2 RF MEMS技术101

5.2.3 PIN二极管技术104

5.2.4 HEMT技术106

5.2.5混合技术107

5.3单片开关电路举例111

5.3.1 HEMT开关尺寸选择112

5.3.2短沟道效应112

5.3.3可承受功率能力113

5.3.4超宽带114

5.4单片开关电路优化设计116

5.4.1工艺选择117

5.4.2电路拓扑选择117

5.4.3管芯选择118

5.4.4设计结果118

5.4.5测试环境119

5.4.6测试结果120

5.5小结122

参考文献122

第6章 毫米波宽带单片低噪声放大器124

6.1引言124

6.2宽带负载匹配技术124

6.2.1有损匹配127

6.2.2反馈式匹配129

6.2.3共栅配置130

6.2.4电抗匹配132

6.3 Ka波段宽带低噪声放大器146

6.3.1拓扑结构146

6.3.2电路性能设计147

6.3.3电路性能测试148

6.4 60 GHz宽带低噪声放大器149

6.4.1拓扑结构149

6.4.2电路性能设计150

6.4.3电路性能测试151

6.5小结152

参考文献152

第7章 毫米波单片功率放大器155

7.1引言155

7.1.1功率放大器主要特性155

7.1.2功率放大器增益和稳定性158

7.2功率晶体管160

7.3线性功率放大器162

7.4高功率放大器164

7.5功率放大器设计实例165

7.5.1 Ka波段高功率放大器拓扑结构165

7.5.2末级放大器设计166

7.5.3电路性能设计168

7.5.4电路性能测试170

7.6小结172

参考文献173

第8章 毫米波短距离通信收发组件174

8.1引言174

8.2 60 GHz技术176

8.2.1免许可证频段176

8.2.2安全性高177

8.2.3低阶调制体制177

8.3 60 GHz技术标准178

8.3.1 IEEE 802.15.3c标准179

8.3.2 IEEE 802.11 ad标准179

8.3.3 ECMA-387标准179

8.3.4 WiGig联盟180

8.3.5 WirelessHD联盟181

8.4 60 GHz技术挑战183

8.4.1视距传输183

8.4.2成本效益183

8.5 60 GHz系统SoC解决方案190

8.5.1 Agilent解决方案190

8.5.2 UMS解决方案191

8.5.3 Hittite解决方案191

8.5.4 Gotmic解决方案192

8.5.5 TNO解决方案193

8.6 60 GHz技术微系统前端解决方案194

8.6.1 SiversIMA解决方案194

8.6.2 Endwave解决方案196

8.6.3 Rohde&Schwarz解决方案196

8.6.4 HXI解决方案197

8.6.5 IMEC解决方案198

8.7国内研究现状200

参考文献202

第9章 毫米波成像系统204

9.1引言204

9.2物体的毫米波辐射原理204

9.2.1黑体辐射205

9.2.2利用辐射计检测物体的原理206

9.3全功率直接检波交流辐射计设计207

9.3.1毫米波辐射计分类207

9.3.2全功率型直接检波交流辐射计及其温度灵敏度分析208

9.3.3宽带低噪声高增益毫米波模块设计210

9.3.4宽带检波电路设计215

9.3.5视频放大器设计217

9.4被动毫米波成像系统218

9.4.1.焦平面天线技术218

9.4.2被动毫米波成像系统集成219

9.4.3被动毫米波成像实验219

9.5辅助源照射下的毫米波成像技术220

9.5.1主动毫米波成像的斑点噪声和闪烁效应形成机理221

9.5.2主动毫米波成像的有源照射解决方案222

9.5.3室内主动毫米波成像系统集成226

9.5.4室内主动毫米波成像实验227

9.6小结229

参考文献229

第10章 毫米波FMCW小型雷达系统及应用230

10.1引言230

10.2基于FMCW体制的交通信息检测雷达工作原理230

10.3 K波段交通信息检测雷达232

10.3.1交通信息检测雷达安装方式及检测指标233

10.3.2车流量234

10.3.3平均车速234

10.3.4车型分辨234

10.3.5车道占有率235

10.4基于FMCW的交通信息检测雷达前端结构及指标设计235

10.4.1工作频率的选择235

10.4.2雷达系统结构选择237

10.4.3雷达前端主要指标计算238

10.4.4目标截面积RCS的估算239

10.4.5最小可检测信号240

10.4.6中频信号处理单元带宽以及VCO调频带宽的确定241

10.4.7检测因子M241

10.4.8发射功率与收发天线增益的计算242

10.4.9天线指标的估算243

10.5 Ka波段交通信息检测雷达微带天线设计244

10.5.1微带天线工作原理244

10.5.2微带天线分析方法245

10.5.3馈电方式245

10.5.4 20单元微带天线设计246

10.6 T/R组件设计247

10.7压控振荡器VCO247

10.8低噪声放大器（LNA）247

10.9混频器248

10.10 K波段交通信息检测雷达应用实例249

10.11 Ka波段小型FMC W探测器250

10.11.1 Ka波段小型FMCW探测器系统结构及指标250

10.11.2 Ka波段小型4阵元微带双天线设计251

10.11.3 Ka波段微带天线单元设计251

10.11.4毫米波4阵元微带双天线设计253

10.11.5 Ka波段小型FMCW探测器集成设计254

10.12小结256

参考文献256

第11章 毫米波段在片自动测试系统260

11.1引言260

11.2毫米波段散射参数自动测试系统260

11.2.1一体化矢量网络分析仪测试系统260

11.2.2矢量网络分析仪扩频测试系统262

11.3在片自动测试系统的硬件环境264

11.3.1硬件环境组成与功能264

11.3.2硬件环境设计的关键技术269

11.4在片自动测试系统的可重复性277

11.5在片自动测试系统的校准278

11.5.1在片自动测试系统的误差源研究279

11.5.2校准过程的数学模型280

11.5.3在片校准技术280

11.6测试结果与测试结论286

11.7小结287

参考文献288