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M 241
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VCO 247
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