基本介紹
- 中文名：微波固態電路
- 外文名：Microwave solid-state circuit
- 定義：半導體管為核心組成微波電子電路
- 學科：電機工程
- 特點：以微波半導體器件為核心
- 套用：廣泛套用於微波系統中
簡介,分類,優點,設計原則,
簡介
自20世紀60年代以來，微波半導體材料技術和工藝水平得到了飛速發展，先後出現了金屬半導體二極體、矽雙極電晶體、砷化鎵-金屬-半導體場效應管、雪崩二極體、耿氏二極體、隧道二極體和PIN管等微波半導體器件，並在微波系統中獲得了廣泛套用，這種以半導體管為核心組成的微波電子電路就稱為微波固態電路。
分類
按照技術和套用水平不斷提高的順序以及電路元器件形態的不同，微波固態電路可以分為三個類型：分立集總元件電路、混合積體電路及單片積體電路。
在分立集總元件電路中，電路採用的無源和有源元器件都是集總參數的和分立的，如電阻、電感、電容、二極體、三極體等，在組裝電路時把這些元件分別裝配於電路板上，情況與低頻電路類似，由於當工作頻率高到GHz範圍時，這些集總元件尺寸太小以至於無法研製和加工，同時由於其他各種寄生參量的影響，使得分立集總元件電路一般只能適用於L波段之下。
混合積體電路是把常用的微波無源元件，如傳輸線、電阻、電感、電容等，以分布參數方式製作在塑膠、陶瓷、藍寶石或鐵氧體等介質基片上，然後把分立微波固態器件裝配於這些介質基片上構成的，其優點是電路結構緊湊，可以實現小型化，它是目前微波固態電路最常用的形式。
但是當工作頻率達到毫米波或更高時，這種混合積體電路安裝元件之間的連線便成了大問題，有時甚至不可能做到，這時單片積體電路成為了主要電路形式，它把微波半導體固態器件和無源元件都製作在半導體基片上，其性能穩定、電路製作一致性很強，結構更加小巧，因而微波單片積體電路成為毫米波以上微波固態電路的主要發展方向。
優點
與微波電真空電路相比，微波固態電路的主要優點有以下幾個方面：
1、系統具有固有的高可靠性，其平均無故障工作間隔時間可達105～106 s。究其原因，一方面是由於微波固態器件本身具有高可靠性，另一方面是由於固態電路可在實際運用時設定備份系統，這樣也提高了系統的可靠性。
2、固態電路體積小、質量輕。
3、成本低。當固態組件作為標準件大量生產時，其成本較低，而且一致性較好。
4、系統設計快速簡便。由於各種功能和性能指標的固態組件或模組已經基本商品化，因此系統設計者只需合理選擇使用即可構成完整的系統。
設計原則
微波固態電路設計中微帶電路拓撲結構的選擇原則大體上有如下幾點： 
圖1
圖1(1)微波的高頻段，如工作在X頻段或更高，宜選用微帶阻抗跳變式的阻抗變換器，如圖1中(b)、(d)、(e)、(f)所示。微帶階梯跳變的不連續性計算容易、精度高、修正量小，所以容易獲得精確結果。另外頻率高時，由於工作波長短，微帶線段機械尺寸往往是既短又寬，若採用分支線結構，則由於分支線太短，微帶線的T型結構不連續性的電磁場高次模影響很大，計算精度相對要下降。
(2)對於微波低頻端，如S頻段或更低端，宜選用分支微帶結構。由於頻率低、λ大，每個單元微帶線都較長，若用阻抗變換類型的結構必然導致電路尺寸過長。此外，由於線條本身長度較大，T型結構不連續性相對很小，計算誤差影響減弱，也是採用T型分支的有利因素。
(3)在微波固態電路的設計中，當微波管輸入阻抗為容性時，此時S11處在Smith圓圖下半平面，匹配電路第1個微帶元件宜選用電感性微帶單元；反之，當S11處在Smith圓圖上半平面時，宜用電容性微帶單元。電感性微帶元件包括終端短路分支線和高阻抗窄微帶級聯線段；電容性微帶元件包括終端開路分支線和低阻抗寬微帶級聯線段。
