微波電路PCB

微波電路pcb是一種專用於高頻訊號傳輸的特殊電路板，頻率範圍通常位於300MHz至300GHz之間。 它廣泛應用於通信、雷達、無線電等領域，具有高頻效能好、體積小、可靠性高等特點。

微波電路是一種工作在微波頻段和毫米波段的電路，由微波無源元件、有源元件、傳輸線和互連集成在基板上，具有一定的功能。

微波電路分為混合微波電路和單片微波電路。 混合微波電路是一種功能塊，它使用薄膜或厚膜科技在適合傳輸微波訊號的基板上製造無源微波電路。 該電路是根據系統的需要設計和製造的。 常用的混合微波電路包括各種寬帶微波電路，如微帶混頻器、微波低雜訊放大器、功率放大器、倍頻器和相控陣單元。 單片微波電路是使用平面科技在電晶體基板上直接製造組件、傳輸線和互連線的功能塊。 砷化鎵是最常用的基板資料。 微波電路始於20世紀50年代。 微波電路科技由同軸線、波導元件及其系統轉變為平面電路的一個重要原因是微波固態器件的發展。 在20世紀60年代和70年代，使用了氧化鋁基板和厚膜科技； 單片集成電路在20世紀80年代開始出現。

混合微波電路使用厚膜科技或薄膜科技在適合傳輸微波訊號的介質上製造各種微波功能電路，然後在相應位置安裝分立有源元件，形成微波電路。 微波電路中使用的介質包括高鋁瓷、藍寶石、石英、高值陶瓷和有機介質。 電路有兩種類型：分佈參數微帶電路和集總參數電路。 有源器件使用封裝的微波器件，或直接使用晶片。 微波電路的主要特點是根據整機的要求和微波頻段的劃分進行設計和製造。 使用的大多數集成電路都是專用的。 常用的有微帶混頻器、微波低雜訊放大器、微波集成功率放大器、微波綜合振盪器、集成倍頻器、微帶開關、集成相控陣單元和各種寬帶電路。

單片微波電路是一種集成電路，其中微波功能電路通過電晶體工藝在由砷化鎵資料或其他半導體材料製成的晶片上製造。 由矽材料製成的微波電路工作在300-3000GHz頻段，可以看作是矽線性集成電路的延伸，不包括在單片微波電路中。

GaAs單片微波電路的制造技術是使用矽的外延生長或離子注入在半絕緣GaAs單晶片上形成有源層； 注入氧或質子以產生隔離層（或適合產生隔離層的其他離子）； 注入鈹或鋅以形成PN結； 通過電子束蒸發製造金屬電晶體勢壘； 製作有源器件（如二極體、場效應電晶體）和無源組件（電感器、電容器、電阻器和微帶組件耦合器、濾波器、負載等）和電路圖案。 電路設計也分為兩種形式：集中參數和分佈參數。 分佈參數主要用於功率電路和毫米波電路。 毫米波電路是指工作在30至300千兆赫範圍內的集成電路。

砷化鎵比矽更適合製造單片微波電路（包括超高速電路），主要是因為：1。 半絕緣砷化鎵基板的電阻率高達107½109 ohm·cm，微波傳輸損耗小； 2.砷化物鎵的電子遷移率比矽高約5倍，工作頻率高，速度快； 3.關鍵有源器件砷化鎵金屬電晶體場效應電晶體是一種具有良好抗輻射性的多功能器件，囙此砷化鎵單晶片微波電路在固態相控陣雷達、電子對抗設備、戰術導彈、電視衛星接收、微波通信、超高速電腦和大容量資訊處理等領域具有廣闊的應用前景。

已成功開發並逐步應用的單片微波電路包括：單片微波集成低雜訊放大器、單片電視衛星接收機前端、單片微波功率放大器、單片微波壓控振盪器等。該電路的設計主要圍繞微波訊號的產生、放大、控制和資訊處理功能展開。 大多數電路都是根據不同整機的要求和微波頻段的特點設計的，並且非常具體。

微波電路PCB

微波電路板資料與設計

微波電路板的資料選擇和設計是確保器件在高頻工作時性能穩定的關鍵因素。 選擇合適的資料和結構可以顯著提高訊號傳輸的效率和可靠性。

1.資料特性

微波電路板通常使用具有特定特性的資料，包括介電常數（Dk）和損耗角正切（Df）。 介電常數表示資料儲存電能的能力，而損耗角正切表徵了訊號傳輸過程中轉化為熱量的能量損失。 一般來說，較低的損耗角正切有助於最大限度地减少訊號損耗，並提高資料在高頻應用中的效率。

2.射頻資料選擇

在選擇微波電路板資料時，應考慮環境濕度、熱穩定性和耐化學性等因素，以確保在不同操作條件下性能可靠。 常用的微波電路板資料包括FR-4、PTFE（聚四氟乙烯）和陶瓷材料等。其中，PTFE因其優异的高頻特性而廣泛應用於需要高性能的微波應用中。

3.設計結構

微波電路設計中常用的結構包括微帶線和帶狀線。 微帶線由位於電介質基板上的導電帶組成，下方有接地平面，適用於高頻訊號傳輸。 帶狀物由夾在兩個接地平面之間的導電帶組成，以提供更好的遮罩，適用於需要更高信號完整性的應用。

4.阻抗匹配

阻抗匹配是微波PCB設計中確保信號完整性的重要因素。 良好的阻抗匹配可以减少訊號反射，優化功率傳輸效率。 設計時應考慮使用合適的傳輸線佈局、資料，並經常需要借助電磁模擬技術進行分析和調整，以提高訊號質量。

5.熱工設計

微波電路板工作時，一些大功率元件會產生大量熱量，囙此合理的散熱設計至關重要。 這包括優化大功率元件的佈局以增强熱接觸，使用熱通孔來提高溫度均勻性，以及選擇導熱性良好的資料來促進散熱。

微波電路的創建

“微波電路”一直是“波導電路”的同義詞。 早在20世紀30年代初，人們就意識到波導是一種非常有用的微波頻率傳輸結構。 研究人員早就發現，經過適當修改的波導的一小部分可以用作輻射器或電抗原片。 如諧振腔和喇叭天線。 在現代波導電路的發展中，從一開始就努力將微波功率從微波源有效地傳輸到波導傳輸線，並在接收端有效地回收。 這對相應的原始發射機和接收機原件提出了更改。 高要求。 囙此，它導致了行波探測器、波長計和終端負載等組件的出現。

微波技術的發展和應用奠定了微波電路的基礎。 從最初發現不連續多次反射原理和相應的腔諧振原理，到利用這些原理將微波電源與波導匹配，然後將波導與接收器（如晶體探測器）匹配，並利用這些器件通過電路產生一定頻率的訊號。

微波電路的基本特徵之一是通過波導內的螺釘和膜片（甚至壓縮尺寸）根據經驗調整或調諧其特性。 起初，這只是一種試錯法，後來發展成為所謂的“波導工程”。 長期以來，它也是微波工程中最常用的方法之一。

微波電路現狀

微波電路始於20世紀40年代使用的三維微波電路。 它由波導傳輸線、波導元件、諧振腔和微波管組成。 20世紀60年代，新一代半導體器件微波集成電路、薄膜沉積科技和光刻技術出現。 由於其體積小、重量輕、使用方便，它在武器、航空航太和衛星中得到了充分的利用。

微波電路中通常使用兩種基本的傳輸管道，即波導和TEM模式同軸線。 波導的特點是高功率和低損耗。 後一個特徵導致了高Q諧振腔的出現。 同軸線具有固有的寬帶特性，因為沒有色散效應。 此外，阻抗的概念也可以在同軸線中很容易地解釋，這簡化了組件的設計過程。 這兩種傳輸結構已經發展成為重要的微波電路元件，將兩者結合使用可以取得意想不到的效果。

微波電路採用帶狀線傳輸結構。 形式與今天使用的相同。 它由兩個外部有金屬的電介質板和一個薄條形導體組成。 隨著覆銅層壓板的出現，帶狀線已經發展成為一種可以提前計算其效能的精密工藝。 帶狀線傳輸結構最重要的特徵是其特性阻抗由中心帶狀導體的寬度控制。 帶狀線電路結構的兩位特性使得可以在不破壞外導體遮罩層的情况下實現許多組件的互連，這也為輸入和輸出位置帶來了極大的靈活性。 由於兩條帶狀導體靠近時固有的耦合特性，帶狀線非常方便用於並聯線路耦合器。

自1974年以來，美國Plessey公司一直使用GaAs FET作為有源器件，GaAs半絕緣基板作為載體，成功開發了世界上第一個MMIC放大器。 它已被用於軍事應用（包括智慧武器、雷達、通信和電子戰等）。 在MMIC的推動下，MMIC的發展非常迅速。 正是GaAs科技的出現和GaAs資料的特性促成了從微波電路到單片微波電路（MMIC）的轉變。 與第二代微波混合電路HMIC相比，MMIC具有體積小、壽命長、可靠性高、雜訊低、功耗低、工作極限頻率高等優點。 囙此，它受到了廣泛的關注。

單片微波電路的出現使各種微波電路的實現成為可能。 囙此，各種MMIC設備取得了前所未有的發展，如MMIC功率放大器、低雜訊放大器（LNA）、混頻器、上變頻器、壓控振盪器（VCO）、濾波器等，直至MMIC前端和整個收發器系統。 單片微波集成電路在固態相控陣雷達、電子對抗設備、戰術導彈、電視衛星接收、微波通信、超高速電腦和大容量資訊處理等領域具有廣闊的應用前景。

隨著MMIC科技的進一步提高和多層集成電路科技的進步，利用多層基板實現幾乎所有無源器件和晶片互連網絡的三維多層微波結構越來越受到人們的關注。 而建立在多層互連基板上的MCM（多晶片模塊）科技將使微波毫米波系統的尺寸更小。

微波電路PCB

微波電路的發展趨勢

微波電路的互連與製造技術

使用1GHz以上頻率的微波技術和微波電路互連和製造技術發展迅速，應用廣泛。 在雷達、導航和通信設備等現代資訊系統和軍事電子設備中，微波電路是高速資訊的“主動脈”。 囙此，微波電路及其互連和製造技術是資訊系統和軍用電子設備開發和生產中的一項重要關鍵技術。 微波電路互連和製造技術包括：微波電路基板資料和製造技術、微波電路設計和製造技術，微波器件或組件的封裝和組裝科技，微波組件或系統的互連和調試科技。 它涉及微電子、材料科學、電腦應用科技、電子機械工程等多個學科。； 它是一門多學科、綜合性的科學技術。 它具有技術含量高、科技難度大、發展速度快、應用領域廣、在資訊系統和軍事電子裝備中效果顯著等特點。

隨著微電子技術、元件科技、材料科學、電腦輔助設計和製造等科學技術的快速發展，微波電路互連和製造的新技術不斷湧現。 例如，多層微波集成電路和三維微波集成電路（3DMMIC）、低損耗傳輸線和遮罩膜微帶（SMM）電路、多晶片微波模塊、微波電路、微機電系統（MEMS）互連和製造技術、新型樹脂微波PCB科技、新型微波電路保護塗層科技，以及應用於微波電路設計的三維電路模擬技術、基於智慧方法的微波電路CAD和優化科技等。

2.微波電路的光子帶隙結構

1987年，Yablonovitch提出了子帶隙（PBG）結構，該結構最初應用於光學領域，近年來被引入微波頻段，引起了廣泛關注。 當電磁波在具有週期性結構的資料中傳播時，它們將被調製以產生光子帶隙。 當電磁波的工作頻率落在帶隙內時，沒有傳輸狀態。 子帶間隙結構應用於微波頻帶，可以完全防止特定頻帶中的電磁波在其中傳播。 同時，光子帶隙結構也會改變通帶中的傳播常數，這是一種慢波結構。 由於光子帶隙結構的上述特性，它被廣泛應用於帶阻、抑制高次諧波、提高效率、新增頻寬和减小尺寸。 光子帶隙結構可以採用植入基板資料中的金屬、電介質、鐵磁或鐵電物質，或直接形成各種資料的週期性排列。 國內外提出了多種微波光子帶隙結構，現時正從三維結構發展到一維和二維結構。 由於易於實現和集成，光子帶隙結構的研究已經發展到電子和通信領域。 現時，光子帶隙結構的組織形狀、週期性條件、各種週期性結構變形體的組合以及資料的發展都是值得關注的研究熱點。

亞晶體是通過一種介質在另一種介質中的週期性排列形成的人造晶體。 光子晶體的基本特徵是它們具有光子帶隙。 頻率落在帶隙內的電磁波被禁止傳播。 光子晶體的獨特特性首先應用於光學領域，然後迅速擴展到其他領域，現在它們也在微波頻段得到了研究和應用。 現時，國內外已經提出了各種微波光子帶隙結構。 原始的微波光子帶隙結構由三維介質週期性排列組成。 由於三維結構的處理和分析非常複雜，囙此微波光子帶隙結構的研究和生產非常集中。 在平面結構上。 平面光子帶隙結構的出現改變了傳統的設計方法，為高性能、高集成度電路的設計提供了新的途徑，帶來了微波積體電路設計思想的革命。 由於一維和二維平面帶隙結構具有柔性、易於實現和易於集成的特點，它們在微波電路中得到了廣泛的應用，並帶來了微波集成電路的快速發展。

3.微波電路用MEMS開關

根據MEMS的最新定義，它是一種結合了電力和機械元件的小型化設備或設備陣列，可以使用IC科技批量製造。 雖然傳統的IC制造技術和MEMS制造技術有很大的相似之處，但前者是平面科技，後者是三維科技。 現時廣泛使用的MEMS製造技術包括：體微加工技術、表面微加工技術，鍵合微加工技術和LIGA科技（光刻電鑄科技）。

開關是微波訊號轉換的關鍵元件。 與傳統的p2i2n二極體開關和FET開關相比，現時的RFMEMS開關具有優越的微波特性和重量輕、體積小、功耗低等固有優勢。 隨著MEMS製造技術和工藝理論的發展，在克服MEMS開關工作壽命短、開關速度低等缺點後，RFMEMS開關必將在微波系統中取得更大的發展。 現時，RFEMS開關已被應用於一些微波系統的前端電路、數位電容器組和移相網絡中。

4.微波電路的集中組件化

微帶電路的另一個趨勢是使用集總元件。 過去，由於集總元件的尺寸與微波波長相當，囙此它們不能用於微波頻率。 隨著光刻和薄膜科技的發展，集總元件（電容器、電感器等）的尺寸大大减小，使得J波段可以一直使用。 將集總元件與半導體器件以晶片的形式組裝在介電基板上是微波集成電路的一種全新方法。 除了减小尺寸外，集總元件的另一個優點是，低頻電路中的一些非常有用的科技和優化科技現在可以直接用於微波領域。

5.微波電路的二維平面化

除了集總元件和一維傳輸線元件外，一些人還提出了用於微波電路的二維平面元件。 這些組件與帶狀線和微帶線相容，為微波電路的設計提供了一種非常有用的替代方案。

現時，實現二維平面電路的主要方法有三種：三元件結構、開放結構和腔結構。 與帶狀線電路相比，它具有自由度大、輸入電阻低的優點。 與波導電路相比，它更容易分析和設計。 借助高速電腦强大的計算能力，它可以根據要求處理任何形狀。 對平面電路進行了分析，大大提高了工作效率。 相信在不久的將來，它的應用將會越來越廣泛。

6.新一代MIC

新一代MIC可能是電晶體基板上的單片微波集成電路。 使用的電晶體襯底是高電阻率矽、高電阻率砷化鎵和具有二氧化矽層的低電阻率矽。 有兩個技術難題。 一是其中使用的各種微波半導體器件沒有通用的製造方法，二是無源分佈式元件（傳輸線段）需要大面積的基板。 然而，最近的趨勢表明，GaAs工藝是微波單片集成電路的關鍵。 在具有千兆赫頻寬的類比放大器和具有千兆比特速率的數位積體電路中，砷化鎵金屬電晶體場效應電晶體（MESFET）將佔據主導地位。 無論是混合型還是單片微波集成電路，其優點與低頻集成電路基本相同，即系統可靠性高，體積和重量輕。 在需要大量標準化組件的情况下，這最終將導致成本降低。 與低頻集成電路一樣，MIC在擴大現有市場和開闢許多新用途方面具有巨大潜力，包括大量民用項目。

微波電路正以前所未有的速度發展。 隨著各種集成電路的普及，微波電路的發展必將有一個光明的前景。 iPCB電路公司專業生產微波電路PCB。 如果您有任何疑問，請諮詢iPCB。