Circuito de microondas PCB

El circuito de microondas es un circuito que funciona en la banda de microondas y la banda milimétrica, que se integra en el sustrato a través de componentes pasivos de microondas, componentes activos, líneas de transmisión e interconexiones, y tiene ciertas funciones.

El circuito de microondas se divide en un circuito de microondas híbrido y un circuito de microondas único. El circuito de microondas híbrido es un bloque funcional que utiliza la tecnología de película delgada o película gruesa para fabricar circuitos de microondas pasivos en un sustrato adecuado para transmitir señales de microondas. El circuito está diseñado y fabricado de acuerdo con las necesidades del sistema. Los circuitos de microondas híbridos comunes incluyen varios circuitos de microondas de banda ancha, como mezcladores de microstrip, amplificadores de bajo ruido de microondas, amplificadores de potencia, multiplicadores de frecuencia y unidades de matriz por fases. El circuito de microondas de un solo chip es un bloque funcional que utiliza tecnología plana para fabricar directamente componentes, líneas de transmisión e interconexiones en un sustrato semiconductor. El arsénico de Galio es el material de sustrato más utilizado. Los circuitos de microondas comenzaron en la década de 1950. El desarrollo de dispositivos de estado sólido de microondas es una razón importante por la que la tecnología de circuitos de microondas ha cambiado de ejes, componentes de guía de ondas y sus sistemas a circuitos planos. En las décadas de 1960 y 1970, se utilizaron sustratos de alúmina y técnicas de película gruesa; Los circuitos integrados monolíticos comenzaron a aparecer en la década de 1980.

Los circuitos de microondas híbridos utilizan la tecnología de película gruesa o la tecnología de película delgada para fabricar varios circuitos funcionales de microondas en medios adecuados para transmitir señales de microondas, y luego instalar componentes activos separados en las posiciones correspondientes para formar circuitos de microondas. Los medios utilizados en los circuitos de microondas incluyen porcelana de alto aluminio, zafiro, cuarzo, cerámica de alto valor y medios orgánicos. Hay dos tipos de circuitos: circuitos de MICROSTRIP de parámetros distribuidos y circuitos de parámetros agregados. Los dispositivos activos utilizan dispositivos de microondas encapsulados o utilizan chips directamente. La característica principal del Circuito de microondas es su diseño y fabricación de acuerdo con los requisitos de toda la máquina y la División de la banda de frecuencia de microondas. La mayoría de los circuitos integrados utilizados son dedicados. Los usos comunes son mezcladores de microstrip, amplificadores de bajo ruido de microondas, amplificadores de tasa de éxito de colección de microondas, osciladores integrales de microondas, multiplicadores de frecuencia integrados, interruptores de microstrip, unidades de matriz por fases integradas y varios circuitos de banda ancha.

El circuito de microondas de un solo chip es un circuito integrado que fabrica circuitos funcionales de microondas en chips hechos de GaAs u otros materiales semiconductores a través de procesos semiconductores. Los circuitos de microondas hechos de materiales de silicio funcionan en la banda de 300 - 3000ghz, lo que puede considerarse una extensión de los circuitos integrados lineales de silicio y no están incluidos en circuitos de microondas de un solo chip.

El proceso de fabricación de un circuito de microondas de un solo chip de GaAs es utilizar el Crecimiento epitaxial de silicio o la implantación de iones para formar una capa activa en un monocristalino de GaAs semiaislado; Inyectar oxígeno o protones para producir una capa de aislamiento (u otros iones adecuados para producir una capa de aislamiento); Inyectar berilio o zinc para formar unión pnn; Fabricación de barreras metálicas semiconductoras por evaporación de haz de electrones; Fabricar dispositivos activos (como diodos, Transistor de efecto de campo) y componentes pasivos (inductores, condensadores, resistencias y acopladores de componentes de microstrip, filtros, cargas, etc.) y patrones de circuitos. El diseño del circuito también se divide en dos formas: parámetros concentrados y parámetros de distribución. Los parámetros distribuidos se utilizan principalmente en circuitos de potencia y circuitos de ondas milimétricas. Los circuitos de ondas milimétricas se refieren a circuitos integrados que funcionan en un rango de 30 a 300 ghz.

El arsénico de Galio es más adecuado para la fabricación de circuitos de microondas monolíticos (incluidos los circuitos de ultra alta velocidad) que el silicio, principalmente debido a: 1. La resistencia eléctrica del sustrato de arsénico y Galio semiaislado es tan alta como 107 ï 1,109 Ohm · cm, y la pérdida de transmisión de microondas es pequeña; 2. la movilidad electrónica del arsénico de Galio es aproximadamente cinco veces mayor que la del silicio, con una alta frecuencia de trabajo y una velocidad rápida; 3. el dispositivo activo clave, el Transistor de efecto de campo Semiconductor metálico de arsénico de galio, es un dispositivo multifuncional con buena resistencia a la radiación, por lo que el circuito de microondas único de arsénico de galio se utiliza en radares de matriz por fases de Estado sólido, equipos de confrontación electrónica, misiles tácticos, recepción de satélites de televisión, comunicaciones de microondas, Computadoras de ultra alta velocidad y procesamiento de información de gran capacidad.

Los circuitos de microondas de un solo chip que se han desarrollado con éxito y se han aplicado gradualmente incluyen: amplificadores de bajo ruido integrados de microondas de un solo chip, Front - end de receptores satelitales de televisión de un solo chip, amplificadores de potencia de microondas de un solo chip, osciladores controlados por tensión de microondas de un solo chip, etc. Y la función de procesamiento de información de la señal de microondas. La mayoría de los circuitos están diseñados de acuerdo con los requisitos de diferentes máquinas completas y las características de la banda de microondas, y son muy específicos.

Circuito de microondas PCB

Producción de circuitos de microondas

"Circuito de microondas" siempre ha sido sinónimo de "circuito de guía de onda". Ya a principios de la década de 1930, la gente se dio cuenta de que la Guía de onda era una estructura de transmisión muy útil para las frecuencias de microondas. Los investigadores han descubierto desde hace mucho tiempo que una pequeña parte de la Guía de onda modificada adecuadamente puede usarse como disipador de calor o pieza original de reactancia. Como resonadores y antenas de altavoz. En el desarrollo de circuitos de guía de onda modernos, se ha trabajado desde el principio para transmitir eficazmente la Potencia de microondas de la fuente de microondas a la línea de transmisión de guía de onda y recuperarla efectivamente en el extremo receptor. Esto propone cambios en el correspondiente transmisor y receptor original original original. Altos requisitos. Por lo tanto, ha provocado la aparición de componentes como detectores de ondas viajeras, medidores de longitud de onda y cargas terminales.

El desarrollo y la aplicación de la tecnología de microondas han formado la base de los circuitos de microondas. Desde los principios de reflexión múltiple discontinua y los correspondientes principios de resonancia de cavidad descubiertos inicialmente, hasta el uso de estos principios para emparejar la fuente de alimentación de microondas con la Guía de onda, pasando por el emparejamiento de la Guía de onda con el receptor, como el detector de cristal, y el uso de estos dispositivos para generar ciertas señales de frecuencia a través del circuito.

Una de las características básicas de los circuitos de microondas es ajustar o ajustar sus características a la experiencia a través de tornillos y diafragmas en el interior de la Guía de onda (o incluso comprimir las dimensiones). Al principio, este era solo un método de prueba y error, pero luego se convirtió en el llamado "proyecto de guía de onda". Durante mucho tiempo, también ha sido uno de los métodos más utilizados en la ingeniería de microondas.

Situación actual de los circuitos de microondas

Los circuitos de microondas comenzaron con los circuitos de microondas tridimensionales utilizados en la década de 1940. Consta de líneas de transmisión de guía de onda, elementos de guía de onda, resonadores y tubos de microondas. En la década de 1960, apareció una nueva generación de circuitos integrados de microondas con dispositivos semiconductores, tecnología de depósito de película delgada y tecnología de litografía. Debido a su pequeño tamaño, peso ligero y facilidad de uso, se utiliza plenamente en armas, aeroespacial y satélites.

A menudo se utilizan dos métodos básicos de transmisión en circuitos de microondas, a saber, la Guía de onda y el eje común del modo tem. La Guía de onda se caracteriza por alta potencia y baja pérdida. Esta última característica provocó la aparición de resonadores de alta Q. El eje común tiene características inherentes de banda ancha porque no existe un efecto de dispersión. Además, el concepto de resistencia también se puede explicar fácilmente en el mismo eje, lo que simplifica el proceso de diseño del componente. Estas dos estructuras de transmisión se han convertido en importantes componentes de circuitos de microondas, y el uso combinado de los dos puede obtener resultados inesperados.

En los circuitos de microondas se utiliza una estructura de transmisión de línea de banda. La forma es la misma que se utiliza hoy. Consta de dos placas aislantes con metal en el exterior y un conductor de banda delgada. Con la aparición de laminados recubiertos de cobre, la línea de banda se ha convertido en un proceso de precisión que puede calcular el rendimiento con antelación. La característica más importante de la estructura de transmisión de la línea de banda es que su resistencia característica está controlada por el ancho del conductor de banda central. Las características de dos dígitos de la estructura del Circuito de la línea de banda permiten la interconexión de muchos componentes sin destruir la capa de blindaje del conductor externo, lo que también aporta una gran flexibilidad a las posiciones de entrada y salida. Debido a las características de acoplamiento inherentes de los dos conductores de banda cuando se acercan, las líneas de banda son muy convenientes para acoplamientos de línea paralelos.

Desde 1974, la compañía estadounidense plessey ha desarrollado con éxito el primer amplificador mmic del mundo utilizando Gaas FETs como dispositivos activos y sustratos semiaislados Gaas como portadores. Se ha aplicado a aplicaciones militares (incluyendo armas inteligentes, radares, comunicaciones y guerra electrónica, entre otros). impulsadas por el mmic, el mmic ha crecido muy rápido. Es la aparición de la tecnología de arsénico de galio y las características de los materiales de arsénico de galio lo que ha contribuido a la transformación de los circuitos de microondas a los circuitos de microondas de un solo chip. En comparación con el circuito híbrido de microondas de segunda generación hmic, el mmic tiene las ventajas de menor tamaño, mayor vida útil, alta fiabilidad, bajo ruido, bajo consumo de energía y mayor frecuencia límite de trabajo. Por lo tanto, ha recibido una atención generalizada.

La aparición de circuitos de microondas de un solo chip ha hecho posible la realización de varios circuitos de microondas. Como resultado, varios dispositivos mmic han logrado un desarrollo sin precedentes, como amplificadores de Potencia mmic, amplificadores de bajo ruido (lna), mezcladores, inversores superiores, osciladores controlados por tensión (vco), filtros, etc., hasta la parte delantera del mmic y todo el sistema de transceptores. El circuito integrado de microondas de un solo chip tiene amplias perspectivas de aplicación en radares de matriz por fases de Estado sólido, equipos de confrontación electrónica, misiles tácticos, recepción de satélites de televisión, comunicaciones de microondas, computadoras de ultra alta velocidad y procesamiento de información de gran capacidad.

Con la mejora de la tecnología mmic y el progreso de la tecnología de circuitos integrados multicapa, las estructuras de microondas multicapa tridimensionales que utilizan sustratos multicapa para lograr casi todos los dispositivos pasivos y redes de interconexión de chips han atraído cada vez más atención. Por su parte, la tecnología MCM (módulo multichip) basada en un sustrato de interconexión multicapa reducirá el tamaño del sistema de ondas milimétricas de microondas.

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Tendencia de desarrollo de los circuitos de microondas

1. tecnología de interconexión y fabricación de circuitos de microondas

La tecnología de microondas y la tecnología de interconexión y fabricación de circuitos de microondas que utilizan frecuencias superiores a 1 GHz se han desarrollado rápidamente y se han utilizado ampliamente. En los sistemas de información modernos y equipos electrónicos militares como radares, navegación y equipos de comunicación, los circuitos de microondas son la "aorta" de la información de alta velocidad. Por lo tanto, los circuitos de microondas y su tecnología de fabricación de interconexión son una tecnología clave importante en el desarrollo y producción de sistemas de información y equipos electrónicos militares. La tecnología de interconexión y fabricación de circuitos de microondas incluye: tecnología de materiales y fabricación de sustratos de circuitos de microondas, tecnología de diseño y fabricación de circuitos de microondas, tecnología de encapsulamiento y montaje de dispositivos o componentes de microondas, tecnología de interconexión y puesta en marcha de componentes o sistemas de microondas. Involucra microelectrónica, ciencia de materiales, tecnología de aplicaciones informáticas, ingeniería mecánica electrónica y otras disciplinas; Es una ciencia y tecnología multidisciplinar e integral. Tiene las características de alto contenido técnico, alta dificultad técnica, rápido desarrollo, amplio campo de aplicación y buen efecto en los sistemas de información y equipos electrónicos militares.

Con el rápido desarrollo de la Ciencia y la tecnología, como la microelectrónica, la tecnología de componentes, la ciencia de materiales, el diseño asistido por computadora y la fabricación, siguen surgiendo nuevas tecnologías para la interconexión y fabricación de circuitos de microondas. Por ejemplo, circuitos integrados de microondas multicapa y circuitos integrados de microondas tridimensionales (3dmmic), líneas de transmisión de baja pérdida y circuitos de MICROSTRIP de película blindada (smm), módulos de microondas multichip, circuitos de microondas, tecnología de interconexión y fabricación de sistemas micromecánicos (microelectromecánicos), nueva tecnología de PCB de microondas de resina, Nuevas tecnologías de recubrimiento protector de circuitos de microondas, así como tecnología de simulación de circuitos tridimensionales aplicada al diseño de circuitos de microondas, CAD de circuitos de microondas y tecnología de optimización basada en métodos inteligentes.

2. estructura de brecha de banda fotónica del Circuito de microondas

En 1987, yablonovitch propuso una estructura de brecha de subbanda (pbg), que se aplicó inicialmente en el campo óptico y se ha introducido en la banda de microondas en los últimos años, lo que ha atraído una gran atención. Cuando las ondas electromagnéticas se propagan en un material con una estructura periódica, se modular para generar una brecha de banda fotónica. Cuando la frecuencia de trabajo de las ondas electromagnéticas cae en la brecha de banda, no existe un Estado de transmisión. La aplicación de la estructura de subbanda a la banda de microondas puede evitar completamente que las ondas electromagnéticas en una banda específica se propaguen en ella. Al mismo tiempo, la estructura de brecha de banda fotónica también cambiará la constante de propagación en la banda de paso, que es una estructura de onda lenta. Debido a las características anteriores de la estructura de brecha de banda fotónica, se utiliza ampliamente para bloquear la banda, inhibir los armónicos superiores, mejorar la eficiencia, aumentar el ancho de banda y reducir el tamaño. La estructura de brecha de banda fotónica puede utilizar materiales metálicos, dieléctrico, ferromagnéticos o ferroeléctricos inyectados en el material del sustrato, o puede formar directamente una disposición periódica de varios materiales. Se han propuesto varias estructuras de brecha de banda fotónica de microondas en el país y en el extranjero, que actualmente se están desarrollando de estructuras tridimensionales a estructuras bidimensionales de una dimensión y dos dimensiones. Debido a la facilidad de implementación e integración, la investigación de estructuras de brecha de banda fotónica se ha desarrollado en el campo de la electrónica y las comunicaciones. En la actualidad, la forma unitaria de la estructura de brecha de banda fotónica, las condiciones periódicas, la combinación de varios cuerpos deformados de la estructura periódica y el desarrollo de materiales son puntos calientes de investigación dignos de atención.

Los subcristales son lentes intraoculares formadas por una disposición periódica de un medio en otro. La característica básica de los cristales fotónicos es que tienen lagunas de banda fotónica. Las ondas electromagnéticas con frecuencias que caen en la brecha de banda están prohibidas de propagarse. Las características únicas de los cristales fotónicos se utilizaron primero en el campo óptico y luego se expandieron rápidamente a otros campos, y ahora también se estudian y aplican en bandas de microondas. En la actualidad, se han propuesto varias estructuras de brecha de banda fotónica de microondas en el país y en el extranjero. La estructura original de la brecha de banda fotónica de microondas está compuesta por una disposición periódica de medios tridimensionales. Debido a que el procesamiento y análisis de la estructura tridimensional es muy complejo, la investigación y producción de la estructura de brecha de banda fotónica de microondas está muy concentrada. En la estructura plana. La aparición de estructuras planas de brecha de banda fotónica ha cambiado los métodos tradicionales de diseño, proporcionando nuevas formas de diseñar circuitos de alto rendimiento y alta integración, y trayendo una revolución en el pensamiento de diseño de circuitos integrados de microondas. Debido a que las estructuras de brecha de banda plana de una y dos dimensiones son flexibles, fáciles de realizar e integrar, se han utilizado ampliamente en circuitos de microondas y han traído consigo un desarrollo más rápido de circuitos integrados de microondas.

3. interruptores microelectrónicos para circuitos de microondas

Según la última definición de microelectromes, se trata de un dispositivo miniaturizado o matriz de dispositivos que combina componentes eléctricos y mecánicos y que se puede fabricar en masa utilizando la tecnología ic. Aunque los procesos tradicionales de fabricación de IC tienen grandes similitudes con los procesos de fabricación de microelectromes, el primero es la tecnología plana y el segundo es la tecnología tridimensional. En la actualidad, las tecnologías de fabricación de micromecánica ampliamente utilizadas incluyen: tecnología de micromecánica de fase a granel, tecnología de micromecánica de superficie, micromecánica de unión y tecnología Liga (tecnología de fotofundición).

El interruptor es un componente clave de la conversión de la señal de microondas. En comparación con los interruptores de diodos p2i2n tradicionales y los interruptores fets, los interruptores rfmicroelectromes actuales tienen características superiores de microondas y ventajas inherentes, como peso ligero, tamaño pequeño y bajo consumo de energía. Con el desarrollo de la tecnología de fabricación de microelectromes y la teoría del proceso, después de superar las deficiencias de la corta vida útil y la baja velocidad del interruptor de microelectromes, el interruptor de radiofrecuencias logrará un mayor desarrollo en el sistema de microondas. En la actualidad, el rfswitch Microelectronics se ha utilizado en circuitos Front - end, bancos de condensadores digitales y redes de cambio de fase de algunos sistemas de microondas.

4. componentes centralizados de circuitos de microondas

Otra tendencia en los circuitos de MICROSTRIP es el uso de componentes agregados. En el pasado, debido a que el tamaño de los componentes agregados era comparable a la longitud de onda de microondas, no se podía utilizar para la frecuencia de microondas. Con el desarrollo de la tecnología de litografía y la tecnología de película delgada, el tamaño de los componentes agregados (condensadores, inductores, etc.) se ha reducido considerablemente, lo que permite que la banda J se utilice todo el tiempo. Ensamblar componentes agregados y dispositivos semiconductores en un sustrato dieléctrico en forma de chip es un nuevo método de circuitos integrados de microondas. Además de reducir el tamaño, otra ventaja de los componentes agregados es que algunas tecnologías muy útiles y técnicas de optimización en circuitos de baja frecuencia ahora se pueden utilizar directamente en el campo de las microondas.

5. planificación bidimensional de circuitos de microondas

Además de los componentes agregados y los componentes de línea de transmisión unidimensional, algunos también propusieron componentes planos bidimensionales para circuitos de microondas. Este componente es compatible con las líneas de banda y MICROSTRIP y proporciona una alternativa muy útil para el diseño de circuitos de microondas.

En la actualidad, hay tres métodos principales para realizar circuitos planos bidimensionales: estructura ternaria, estructura abierta y estructura de cavidad. En comparación con los circuitos de línea de banda, tiene las ventajas de un gran grado de libertad y una baja resistencia de entrada. Es más fácil de analizar y diseñar que el circuito de guía de onda. Con la poderosa capacidad de cálculo de las computadoras de alta velocidad, puede procesar cualquier forma según sea necesario. Se analiza el circuito plano, lo que mejora en gran medida la eficiencia del trabajo. Creo que en un futuro próximo, su aplicación será cada vez más amplia.

6. nueva generación de MICS

La nueva generación de MICS puede ser un circuito integrado de microondas de un solo chip en un sustrato semiconductor. Los sustratos semiconductores utilizados son silicio de alta resistencia, arsénico de galio de alta resistencia y silicio de baja resistencia con capa de sílice. Hay dos problemas técnicos. El primero es que los diversos dispositivos semiconductores de microondas utilizados en ellos no tienen métodos comunes de fabricación, y el segundo es que los componentes distribuidos pasivos (segmentos de línea de transmisión) requieren una gran área de sustrato. Sin embargo, las tendencias recientes indican que el proceso de GaAs es clave para los circuitos integrados monolíticos de microondas. En los amplificadores analógicos con ancho de banda gigahertz y en los circuitos integrados digitales con velocidad gigabit, predominarán los mosfets de semiconductores metálicos de GaAs (mesfet). Ya sea un circuito integrado de microondas híbrido o único, sus ventajas son básicamente las mismas que las de un circuito integrado de baja frecuencia, es decir, el sistema es altamente confiable y ligero. En el caso de que se necesite una gran cantidad de componentes estandarizados, esto eventualmente conducirá a una reducción de costos. Al igual que los circuitos integrados de baja frecuencia, el MICS tiene un gran potencial para expandir los mercados existentes y abrir muchos nuevos usos, incluidos un gran número de proyectos civiles.

Los circuitos de microondas se están desarrollando a una velocidad sin precedentes. Con la popularización de varios circuitos integrados, el desarrollo de circuitos de microondas seguramente tendrá un futuro brillante. IPCB Circuit Company se especializa en la producción de PCB de circuitos de microondas. Si tiene alguna pregunta, consulte al ipcb.