マイクロ波回路

マイクロ波回路 マイクロ波帯とミリ波帯で動作する回路, そして、マイクロ波受動コンポーネントによって、サブストレートに集積化される, アクティブコンポーネント, 伝送線路と相互接続, 関数がある.

マイクロ波回路はハイブリッドマイクロ波回路とモノリシックマイクロ波回路に分けられる。マイクロ波回路は，マイクロ波信号を伝送するのに適した基板上の受動マイクロ波回路を作製するために薄膜または厚膜技術を使用する機能ブロックである。このシステムのニーズに合わせて回路設計を行う。一般的に使用されるハイブリッドマイクロ波回路は、マイクロストリップミキサ、マイクロ波低雑音増幅器、電力増幅器、周波数逓倍器、およびフェイズドアレイユニットのような様々な広帯域マイクロ波回路を含む。モノリシックマイクロ波回路は、半導体基板上の構成要素、伝送線および相互接続線を直接製造するためにプレーナ技術を使用する機能ブロックである。ガリウム砒素は最も一般的に使用される基板材料である。マイクロ波回路は1950年代に始まった。マイクロ波回路技術が同軸線路，導波路部品，及びそれらのシステムが平面回路になる重要な理由は，マイクロ波固体デバイスの開発である。1960年代と1970年代には、アルミナ基板と厚膜技術が使用されたモノリシック集積回路は1980年代に利用できるようになった。

ハイブリッドマイクロ波回路 マイクロ波信号を伝送するのに適した媒体上に様々なマイクロ波機能回路を作製するために、厚膜技術または薄膜技術を使用する, そうすると、マイクロ波回路を形成するために対応するポジションのディスクリート能動コンポーネントをインストールする. マイクロ波回路に使用される媒体は、高アルミナ磁器を含む, サファイア, 石英, 高価値セラミックスと有機媒体. 分布定数マイクロストリップ回路と集中定数回路の2種類の回路がある. 能動素子はパッケージ型マイクロ波デバイスを使用する, またはチップを直接使用する. マイクロ波回路の主な特徴は、それらが完全なマイクロ波機械およびマイクロ波帯域の分割の要件に従って設計され製造されるということである. 使用される集積回路の大部分は専用である. よく使用されるマイクロストリップミキサー, マイクロ波低雑音増幅器, m私crowave integrated パワーアンプ, マイクロ波集積発振器, integrated 周波数逓倍器, マイクロストリップスイッチ, 集積フェイズドアレイユニット及び各種広帯域回路.

モノリシックマイクロ波回路 半導体プロセスによってガリウム砒素材料または他の半導体材料からなるチップ上にマイクロ波機能回路を製造する集積回路である. マイクロ波回路 300 - 3000 GHzの周波数バンドでシリコン材料でできている, シリコンリニア集積回路の拡張として考えられ、モノリシックマイクロ波回路には含まれない.

GaAsモノリシックマイクロ波回路の製造プロセスは、半絶縁性GaAs単一ウェハ上に活性層を形成するために、シリコンのエピタキシャル成長またはイオン注入を使用することである絶縁層（または分離層を生成するのに適した他のイオン）を生成するための注入酸素またはプロトン；PN接合を形成するためにベリリウムまたは亜鉛を注入する電子ビーム蒸着による金属半導体障壁の作製能動素子（ダイオード、電界効果トランジスタ）およびソースコンポーネント（インダクタ、コンデンサ、抵抗器およびマイクロストリップ成分結合器、フィルタ、負荷など）および回路パターンを作る。回路設計も二つの形式に分けられる。分布定数は主に電力回路とミリ波回路で用いられる。ミリ波回路は、30〜300ギガヘルツの範囲で動作する集積回路を指す。

主にマイクロ波回路（超高速回路を含む）を作るためにシリコンよりもガリウム砒素が適している。半絶縁性ガリウム砒素基板の抵抗率は107の1／2〜109Ω・cm・cmと高く，マイクロ波透過損失は小さい（2）砒素の電子移動度はシリコンよりも5倍高く、動作周波数が高く、高速である主要な能動素子ガリウム砒素金属半導体電界効果トランジスタは、良好な放射線耐性を有する多機能デバイスであるので、ガリウム砒素単一チップマイクロ波回路は、固体フェイズアレイレーダ、電子機器、戦術ミサイル、テレビ衛星受信、マイクロ波通信において幅広い応用の見通しを有する。超高速コンピュータと大容量情報処理

モノリシックマイクロ波集積低雑音増幅器、モノリシックTVサテライト受信機フロントエンド、モノリシックマイクロ波電力増幅器、モノリシックマイクロ波電圧制御発振器など。マイクロ波信号の情報処理機能回路の大部分は、異なる完全な機械の要件およびマイクロ波周波数帯の特性に従って設計され、それらは非常に特異的である。

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マイクロ波回路の創出

「マイクロ波回路」は常に「導波路回路」と同義である。1930年代初期と同様に、人々は導波管がマイクロ波周波数のための非常に役に立つ伝送構造であると理解しました。研究者は、適切な修飾後の導波路の小さな部分が放射器または電気的抗原片として使用できることを長い間発見した。共振空洞やホーンアンテナなど。近代的な導波路回路の開発においては，当初からマイクロ波源から導波管伝送路へのマイクロ波出力を効果的に伝達し，受信端で効果的に回復する努力がなされた。これは、対応する元の送信機と受信機の元に順方向の変更を置きます。高い需要。このため、進行波検出器、波長計、端子負荷などの部品の出現につながった。

マイクロ波技術の開発と応用はマイクロ波回路の基礎となった。不連続多重反射原理および対応する共振器共振原理の最初の発見から、これらの原理を使用して、マイクロ波電源と導波管とを整合させ、次に導波管と受信機（例えば水晶検出器）とを一致させ、これらのデバイスを使用して回路を通してある周波数信号を作る。

マイクロ波回路の基本的な特徴の1つは、導波管内のスクリューおよびダイアフラム（圧縮された大きさであっても）を通じて、経験に基づいてその特性を調整または調整することである。当初は試行錯誤法のみであり，いわゆる導波路工学に発展した。長い間、それはまた、マイクロ波工学で最も一般的に使用される方法の一つであった。

マイクロ波回路の現状

マイクロ波回路は1940年代に使用された3次元マイクロ波回路から始まった。導波管伝送線路，導波路素子，共振空洞，マイクロ波管から構成される。1960年代には、半導体デバイス、薄膜堆積技術およびフォトリソグラフィ技術を有する新しいマイクロ波集積回路が出現した。その小型、軽量、便利な使用のために、それは武器、航空宇宙、および衛星で完全に利用されます。

つの基本的な伝送は、導波管およびTEMモード同軸ラインのマイクロ波回路でしばしば使用される。導波路は高出力で低損失である。後者の特徴は高q共振空洞の出現につながった。分散効果がないため、同軸ケーブルは固有の広帯域特性を有する。加えて、インピーダンスの概念は、また、コンポーネントの設計プロセスを単純化する同軸回線で容易に説明することができる。これら2つの伝送構造は重要なマイクロ波回路構成要素に発展し，2つの使用は予期せぬ結果を達成することができる。

ストリップライン伝送構造はマイクロ波回路で用いられる。形式は現在使用されているものと同じです。それは外側に金属と薄いストリップ導体を持つ2つの誘電体板で構成されている。銅張積層板の出現に伴い，ストリップラインは事前に性能を計算できる精密プロセスに発展した。ストリップ線路送信構造の最も重要な特徴は，その特性インピーダンスが中心ストリップ導体の幅によって制御されることである。ストリップ線路回路構造の2ビット特性により、外部導体のシールド層を破壊することなく多数の部品の相互接続を実現することができ、これにより、入出力位置に大きな柔軟性がもたらされる。つのストリップ導体が近接しているとき、固有の結合特性のために、ストリップラインは平行線結合器で使用されるのに非常に便利である。

1974年以降，米国のPlesseyは，ガス素子を能動素子として用い，キャリアとしてガス半絶縁基板を使用して，世界的な旋風の第1 MMIC増幅器を開発した。これは、軍事兵器（レーダー、通信、電子戦など）を含む軍事アプリケーションで使用されています。MMICの刺激の下、MMICの開発は非常に速い。マイクロ波回路からモノリシックマイクロ波回路（mmic）への遷移に寄与したガス材料の特徴とgaas材料の特性である。第2世代マイクロ波ハイブリッド回路hmicと比較して，mmicは，小型，長寿命，高信頼性，低雑音，低消費電力，より高い動作限界周波数の利点を有する。そのため広範囲の注目を集めている。

モノリシックマイクロ波回路の出現により，種々のマイクロ波回路の実現が可能になった。したがって、MMIC電力増幅器、低雑音増幅器（LNA）、ミキサ、アップコンバータ、電圧制御発振器（VCO）、フィルタなどのような、MMICフロントエンドおよび全体のトランシーバシステムまで、様々なMMICデバイスは、前例のない開発を達成してきた。モノリシックマイクロ波集積回路は，固体フェイズドアレイレーダ，電子対策装置，戦術ミサイル，テレビ衛星受信，マイクロ波通信，超高速コンピュータ，大容量情報処理において幅広い応用見通しを有する。

MMIC技術のさらなる進歩と多層集積回路技術の進歩に伴い，多層基板を用いた受動素子やチップ相互接続網を実現する三次元多層マイクロ波構造が注目を集めている。多層配線基板上に構築したmcm（multi chip module）技術は，マイクロ波ミリ波システムのサイズを小さくする。

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マイクロ波回路の開発動向

マイクロ波回路の配線と製造技術

1Ghz以上の周波数を用いたマイクロ波技術とマイクロ波回路の相互接続・製造技術は急速に発展し，広く用いられている。最新の情報システムやレーダー，ナビゲーション，通信機器などの電子機器では，マイクロ波回路は高速情報の「大動脈」である。したがって、マイクロ波回路とその相互接続及び製造技術は、情報システム及び軍用電子機器の開発及び製造において主要な技術である。マイクロ波回路配線と製造技術は，マイクロ波回路基板材料と製造技術，マイクロ波回路設計・製造技術，マイクロ波デバイスや部品の実装・実装技術，マイクロ波部品やシステムの配線・デバッグ技術を含む。それは、マイクロエレクトロニクス、材料科学、コンピュータ応用技術、電子機械工学などのような多くの分野を含みます;それは、学際的で包括的な科学技術です。それは、高い技術内容、高い技術的な難しさ、速い開発速度、広いアプリケーション領域と情報システムと軍の電子装置で大きな影響の特徴を持ちます。

マイクロエレクトロニクス技術，部品技術，材料科学，コンピュータ支援設計，製造などの科学技術の急速な進展に伴い，マイクロ波回路の相互接続や製造のための新しい技術や技術が常に出現している。例えば、多層マイクロ波集積回路及び3次元マイクロ波集積回路（3 DMIC）、低損失伝送線路及び遮光膜マイクロストリップ（SMM）回路、マルチチップマイクロ波モジュール、マイクロ波回路、マイクロ電気機械システム（MEMS）相互接続及び製造技術、新樹脂マイクロ波PCB技術。マイクロ波回路設計，マイクロ波回路CAD，インテリジェント法に基づく最適化技術に応用した新しいマイクロ波回路保護被覆技術，3次元回路シミュレーション技術

マイクロ波回路のフォトニックバンドギャップ構造

1987年に，Yablonovitchは光場で本来適用されてきたサブバンドギャップ（pbg）構造を提案し，近年ではマイクロ波帯に導入され，広く注目を集めている。周期構造をもつ材料で電磁波が伝搬すると，それらは変調されてフォトニックバンドギャップを生成する。電磁波の動作周波数がバンドギャップ内に入ると、伝送状態はない。サブバンドギャップ構造はマイクロ波帯に適用され，特定の周波数帯における電磁波が全く伝搬しないようにすることができる。同時に、フォトニックバンドギャップ構造は、通過波帯の伝搬定数を変化させ、これは遅波構造である。このようなフォトニックバンドギャップ構造の特徴により、帯域阻止、高次高調波の抑制、効率の向上、帯域幅の増大、サイズの縮小に広く用いられている。フォトニックバンドギャップ構造は、基板材料に注入された金属、誘電体、強磁性または強誘電体を採用することができ、または様々な材料の周期的配置を直接形成することができる。国内外で提案されているマイクロ波フォトニックバンドギャップ構造と，三次元構造から一次元構造と二次元構造への電流発展がある。実装と集積化の容易さにより，フォトニックバンドギャップ構造の研究は，エレクトロニクスと通信の分野に発展した。現在，フォトニックバンドギャップ構造，周期条件，種々の周期構造変形体の組合せと材料の開発の単位形状は注目に値するすべての研究ホットスポットである。

サブ結晶は、1つの媒体の周期的配置によって形成される人工結晶である。フォトニック結晶の基本的な特徴はフォトニックバンドギャップを持つことである。バンドギャップに周波数が落ちる電磁波は伝搬しない。フォトニック結晶のユニークな特性は光学系の分野で最初に使用され，その後他の分野に急速に拡張され，現在はマイクロ波周波数帯で研究され応用されている。現在，種々のマイクロ波フォトニックバンドギャップ構造が国内外で提案されている。元のマイクロ波フォトニックバンドギャップ構造は三次元媒質周期配列から成る。三次元構造の処理と解析は非常に複雑であるので，マイクロ波フォトニックバンドギャップ構造の研究と製作が集中している。平面構造平面フォトニックバンドギャップ構造の出現は従来の設計方法を変え，高性能，高集積回路の設計の新しい方法を提供し，マイクロ波集積回路の設計思想に革命をもたらした。一次元および二次元のプレーナバンドギャップ構造は柔軟性があり、実装が容易で集積が容易であるため、マイクロ波回路で広く使用されており、マイクロ波集積回路の高速化が進んでいる。

マイクロ波回路用MEMSスイッチ

MEMSの最新の定義によれば、それは電気的および機械的構成要素を結合し、IC技術を使用してバッチで製造することができる小型化されたデバイスまたはデバイスアレイである。従来のic製造プロセスとmems製造工程は大きな類似点を持つが，前者は平面技術であり，後者は三次元技術である。現在広く用いられているmems製造技術には，バルク微細加工技術，表面微細加工技術，ボンディング微細加工技術，liga技術（リソグラフィーエレクトロフォーミング技術）がある。

スイッチはマイクロ波信号変換の重要な要素である。従来のP 2 I 2 NダイオードスイッチとFETスイッチと比較して、電流RFMEMSスイッチは、優れたマイクロ波特性と、軽量、小型、低消費電力のような固有の利点を有する。MEMS製造技術とプロセス理論の発展に伴い、短寿命と低スイッチング速度のようなMEMSスイッチの欠点を克服した後、RFMEMSスイッチは確実にマイクロ波システムにおける大きな発展を達成する。現在、RFMEMSスイッチは、いくつかのマイクロ波システムのフロントエンド回路、デジタルキャパシタバンクおよび位相シフトネットワークで使用されてきた。

マイクロ波回路の集中構成

マイクロストリップ回路の別の傾向は、集中コンポーネントを使用することである。従来，集中素子のサイズはマイクロ波波長に匹敵するため，マイクロ波周波数には使用できなかった。フォトリソグラフィー及び薄膜技術の開発により、集中成分（コンデンサ、インダクタ等）のサイズが大幅に低減され、Jバンドを使用することができる。半導体デバイスをチップとして誘電体基板上に集中素子を組み立てることは、マイクロ波集積回路のための新しい方法である。サイズを小さくすることに加えて、集中された構成要素の別の利点は、低周波回路においていくつかの非常に有用な技術および最適化技術を、マイクロ波場で直接使用することができることである。

マイクロ波回路の二次元平坦化

集中素子と1次元伝送線路素子に加えて，マイクロ波回路用の二次元平面素子も提案した。このような構成要素は、ストリップライン及びマイクロストリップラインと互換性があり、これはマイクロ波回路の設計に非常に有用な代替手段を提供する。

現在，3素子構造，開放構造，空洞構造の2次元平面回路を実現する三つの主要な方法がある。ストリップライン回路と比較して，大きな自由度と低入力抵抗の利点がある。導波路回路に比べて解析が容易である。高速コンピュータの強力なコンピューティングパワーの助けを借りて、それは要件に応じて任意の形状に対処することができます。平面回路を解析し，仕事効率を大幅に改善した。私は、近い将来、そのアプリケーションがますます広範囲になると信じています。

新しい世代のマイク

新しい世代のMICは、半導体基板上のモノリシックマイクロ波集積回路であり得る。半導体基板は、高抵抗シリコン、高抵抗率のガリウム砒素、および二酸化シリコン層を有する低抵抗率シリコンである。2つの技術的な困難がある。第1に、それに使用される様々なマイクロ波半導体デバイスのための一般的な製造方法はなく、第2は、受動分布コンポーネント（伝送線路セグメント）が大面積基板を必要とすることである。しかし，最近の動向はgaasプロセスがマイクロ波モノリシック集積回路のキーであることを示している。ギガビット帯域幅を持つアナログ増幅器とギガビットレートのデジタル集積回路では、ガリウム砒素金属半導体電界効果トランジスタ（MESFET）が支配する。ハイブリッドまたはモノリシックマイクロ波集積回路であるかどうかは、基本的に低周波集積回路と同じであり、信頼性が高く、体積および重量が減少する。標準化された多数の部品が必要とされる場合、これは最終的にコストの低減につながる。低周波集積回路のように、マイクは既存の市場を拡大することに大きな可能性を持ち、多くの民間のプロジェクトを含む多くの新しい用途を開く。

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