文档介绍：1接收、发送系统通常由滤波器、低噪声放大器、功率放大器、振荡器、倍频器、混频器以及开关电路、功率合成与分配电路等基本的射频与微波电路模块组成。组成这些模块的更基本单元就是各类有源器件与无源器件。初次进行射频与微波电路设计,感到最难入手的就是有源器件的选择。选择有源器件要考虑的因素很多,首先要满足收发机对诸如振荡器、放大器、混频器等基本模块的指标要求,还要考虑可用技术与实现成本。如何选择有源器件没有固定的程式。经验,对有源器件资料的掌握,对整个收、发系统指标的理解是选择有源器件的重要依据。射频与微波电路常用的有源器件可分为两类,即二极管类型和三极管类型。微波二极管:作混频与检波用的肖特基表面势垒二极管(简称肖特基二极管),作振荡器用的甘氏二有管(Gunn diode)作控制电路用的PIN二极管。微波晶体管:双极晶体管(Bipolar Transistors)场效应晶体管(Field-effect Transistors)有源器件的选择对射频与微波电路设计极其重要2肖特基表面势垒及其单向导电特性当半导体材料与某些金属接触时,大量电子从半导体侧扩散进入金属,因而在半导体一侧留下不可移动的正离子,即带正电的“空间电荷”,形成了“空间电荷层”,也即“耗尽层”。这些空间电荷与进入金属的电子之间产生自建电场,造成势垒,阻止电子向金属一侧的进一步扩散。上述势垒称为“肖特基势垒”,这种由金属与半导体接触在一起形成势垒的结构也叫“金-半结”。当“金-半结”加正压,即金属一侧接直流电源正极,半导体一侧接负极时,金-半结中势垒降低,耗尽层变薄,半导体中的电子源源不断地扩散入金属,因而构成大的正向电流IF。反之,当改变外加电压极性时,金-半结势垒增高。耗尽层变厚,半导体电子不能向金属一侧扩散,只有金属一侧少量电子反向进入半导体,构成小的反向电流。简而言之,“金-半结”具有单向导电特性。肖特基势垒及其单向导电性3面接触型肖特基势垒二极管及其等效电路1、利用半导体表面工艺制成的面接触型肖特基势垒二极管的结构见图。2、等效电路肖特基势垒二极管的等效电路含有随偏压变化的势垒电阻Rj,由半导体材料体电阻与接触电阻组合的串联电阻Rseries,势垒电容,即结电容Cj,引线电感Ls和封装电容Cp,如图2-3。图2-2 肖特基势垒二极管Cp图2-3 肖特基势垒二极管等效电路4肖特基势垒二极管伏-安特性及其应用肖特基势垒二极管的伏-安特性,可表示为Isat为反向饱和电流,数值极小。在常温下,在正偏电压接近势垒电压时,电流迅速变大,非线性强烈。在反向偏压时电流极小,大致保持Isat值。当V=VB时,反向电流迅速增长,VB为反向击穿电压。肖特基二极管本质上是一个整流元件,非线性强,主要应用于混频器及检波电路。广泛应用的双平衡混频器(DMB)就应用配对的两个肖特基二极管。多数DMB用于微波频谱的低端。??1??VsateIi?401??肖特基势垒二极管的伏-安特性5甘氏(Gunn)二极管甘氏二极管是转移电子器件,具有负阻特性,它可振荡于几种模式。当工作于非谐振渡越时间模式(unresonant transit-time mode)在1-18GHz频率范围内,输出功率最高可达2W,多数为几百毫瓦。当工作于谐振限制空间电荷模式(resonant limited space-charge (LSA) mode)工作频率可到100GHz,脉冲工作、占孔系数10%时,脉冲功率输出到几百瓦。甘氏二极管6甘氏二极管结构及等效电路R—负阻;Rs—体及接触电阻;Cj—等效电容;Ls—封装电感;Cp—封装电容有源工作区(Active region)通常为6-8?m长,N+区域厚度1-2?m,是欧姆型材料,电阻率很低(?-cm),作为有源区与金属电极过渡层,除了改进金属电极与有源层的接触外,N+区域也防止金属电极中金属离子迁移到有源工作区。甘氏二极管7甘氏二极管产生高频振荡的工作原理在N型***化镓半导体中导带波矢量图当二极管加上电压,并超过某阈值时,N型***化镓中的载流子(电子)由二极管中直流电场吸收能量,从主能带导带(低有效质量高迁移率能带)转移到高能电平(高有效质量,低迁移率)的次能带导带。8甘氏二极管速度场在室温并未加外电压条件下,热激发能量大约仅为KT0?,这个数值远小于主一次能带之间的能量间隔。因而不足以使电子从主能带跃迁到次能带导带,电子几乎全部处于低能态的主能带中;当外加电压时,N半导体中形成外加电场,电子从电场中获得能量,电子漂移速度随电场增大而加快。电子速度为电子迁移率与外加电场的乘积,其关系为 ve = ?E在主能带-低能带电子随着外加电场的增加,从电场获得更多的能量,速度变快。,主能带里电子就会跃迁到次能带中。电场