射頻微波功率場(chǎng)效應(yīng)管的建模與特征

前言

　　2001年7月間，電子工業(yè)出版社的領(lǐng)導(dǎo)同志邀請(qǐng)各高校十幾位通信領(lǐng)域方面的老師，商量引進(jìn)國(guó)外教材問題。與會(huì)同志對(duì)出版社提出的計(jì)劃十分贊同，大家認(rèn)為，這對(duì)我國(guó)通信事業(yè)、特別是對(duì)高等院校通信學(xué)科的教學(xué)工作會(huì)很有好處。　　教材建設(shè)是高校教學(xué)建設(shè)的主要內(nèi)容之一。編寫、出版一本好的教材，意味著開設(shè)了一門好的課程，甚至可能預(yù)示著一個(gè)嶄新學(xué)科的誕生。20世紀(jì)40年代MIT林肯實(shí)驗(yàn)室出版的一套28本雷達(dá)叢書，對(duì)近代電子學(xué)科、特別是對(duì)雷達(dá)技術(shù)的推動(dòng)作用，就是一個(gè)很好的例子?！　∥覈?guó)領(lǐng)導(dǎo)部門對(duì)教材建設(shè)一直非常重視。20世紀(jì)80年代，在原教委教材編審委員會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)下，匯集了高等院校幾百位富有教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的專家，編寫、出版了一大批教材；很多院校還根據(jù)學(xué)校的特點(diǎn)和需要，陸續(xù)編寫了大量的講義和參考書。這些教材對(duì)高校的教學(xué)工作發(fā)揮了極好的作用。近年來，隨著教學(xué)改革不斷深入和科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步，有的教材內(nèi)容已比較陳舊、落后，難以適應(yīng)教學(xué)的要求，特別是在電子學(xué)和通信技術(shù)發(fā)展神速、可以講是日新月異的今天，如何適應(yīng)這種情況，更是一個(gè)必須認(rèn)真考慮的問題。解決這個(gè)問題，除了依靠高校的老師和專家撰寫新的符合要求的教科書外，引進(jìn)和出版一些國(guó)外優(yōu)秀電子與通信教材，尤其是有選擇地引進(jìn)一批英文原版教材，是會(huì)有好處的?！　∫荒甓鄟?，電子工業(yè)出版社為此做了很多工作。他們成立了一個(gè)“國(guó)外電子與通信教材系列”項(xiàng)目組，選派了富有經(jīng)驗(yàn)的業(yè)務(wù)骨干負(fù)責(zé)有關(guān)工作，收集了230余種通信教材和參考書的詳細(xì)資料，調(diào)來了100余種原版教材樣書，依靠由20余位專家組成的出版委員會(huì)，從中精選了40多種，內(nèi)容豐富，覆蓋了電路理論與應(yīng)用、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、微電子、通信系統(tǒng)、電磁場(chǎng)與微波等方面，既可作為通信專業(yè)本科生和研究生的教學(xué)用書，也可作為有關(guān)專業(yè)人員的參考材料。此外，這批教材，有的翻譯為中文，還有部分教材直接影印出版，以供教師用英語直接授課。希望這些教材的引進(jìn)和出版對(duì)高校通信教學(xué)和教材改革能起一定作用。　　在這里，我還要感謝參加工作的各位教授、專家、老師與參加翻譯、編輯和出版的同志們。各位專家認(rèn)真負(fù)責(zé)、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、不辭辛勞、不怕瑣碎和精益求精的態(tài)度，充分體現(xiàn)了中國(guó)教育工作者和出版工作者的良好美德。

內(nèi)容概要

　 本書首先回顧了一般商用微波射頻晶體管的種類和基本構(gòu)造，介紹了高功率場(chǎng)效應(yīng)管的集約模型的構(gòu)成；描述了功率管一般電氣參數(shù)的測(cè)量方法，著重討論對(duì)功率管的封裝法蘭、焊接裸線、引線等無源部分進(jìn)行建模和仿真，熱特征的測(cè)量仿真與建模；詳細(xì)分析了功率管有源部分的復(fù)合建模，包括小信號(hào)建模、大信號(hào)建模，電荷守恒定理，溫度變化條件下的模型建立；還從數(shù)學(xué)上分析了集約模型的函數(shù)近似逼近方法，從工程設(shè)計(jì)的角度出發(fā)闡述了模型在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具包中的應(yīng)用，最后對(duì)設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行了驗(yàn)證。　　此書全面說明了FET建模，是一本從事RF和微波功率放大器設(shè)計(jì)及模型領(lǐng)域工作的專業(yè)技術(shù)人員、在學(xué)研究生所必備的參考書。

作者簡(jiǎn)介

Peter H.Aaen，是建模組經(jīng)理，現(xiàn)在主要負(fù)責(zé)微波晶體管模型和無源元件的開發(fā)和驗(yàn)證。

書籍目錄

第1章  射頻微波功率晶體管　　　　　　　　　　  1.1  引言　　　　　　　　　　　　　　　　　　  1.2　晶體管建模過程概述　　　　　　　　　　　  1.3　高功率晶體管的商業(yè)應(yīng)用回顧　　　　　　　  1.4　硅器件技術(shù)發(fā)展　　　　　　　　　　　　  1.5　復(fù)合半導(dǎo)體（Ⅲ-Ⅴ族）器件技術(shù)發(fā)展　　　　  1.6　FET基本工作原理　　　　　　　　　　　　  1.7　封裝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  1.8　未來發(fā)展趨勢(shì)與方向　　　　　　　　　　　  附錄A MESFET中fT的推導(dǎo)　　　　　　　　　  參考文獻(xiàn)　　　　　　　　　　　　　　　　　　第2章  高功率FET‘集約模型導(dǎo)論　　　　　　　　2.1  引言　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2.2　物理建模　　　　　　　　　　　　　　　　　2.3　集約模型　　　　　　　　　　　　　　　　　2.4　記憶效應(yīng)　　　　　　　　　　　　2.5  結(jié)論　　　　　　　　　　　　　　參考文獻(xiàn)　　　　　　　　　　　　　　　　　　第3章  電氣測(cè)量技術(shù)　　　　　　　　　　　　　3.1  引言　　　　　　　　　　　　　　　　　　　3.2　電參考面　　　　　　　　　　　　　　　　　3.3　測(cè)量環(huán)境　　　　　　　　　　　　　　　　　3.4　模型提取的測(cè)量　　　　　　　　　　　　　　3.5　驗(yàn)證過程的測(cè)量　　　　　　　　　　　　　　參考文獻(xiàn)　　　　　　　　　　　　　　　　　　第4章  無源器件：仿真和建?！　　　　　　　　?.1　引言　　　　　　　　　　　　　　　　　　4.2　封裝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　4.3　鍵合引線　　　　　　　　　　　　　　　　4.4　MOS電容建模　　4.5　分割技術(shù)應(yīng)用舉例　　　　　　　　　　　　　參考文獻(xiàn)　　　　　　　　　　　　　　　　　　第5章  熱特性分析與建?！　　　　　　　　　　?.1  引言　　　　　　　　　　　　　　　　　　　5.2　熱傳遞的方式　　　　　　　　　　　　　　　5.3　熱量測(cè)量　　　　　　　　　　　　　　　　　5.4　熱仿真　　　　　　　　　　　　　　　　　　5.5　集約模型　　　　　　　　　　　　　　　　　參考文獻(xiàn)　　　　　　　　　　　　　　　　　　第6章  有源晶體管的建?！　　　　　　　　　　?.1　介紹　　　　　　　　　　　　　　　　　　　6.2　復(fù)合管與外部各種元件的建?！　　　　　　　?.3　標(biāo)度考慮　　　　　　　　　　　　　　　　　6.4　本征晶體管的建?！　　　　　　　　　　　　?.5　在晶體管模型中的頻率離散效應(yīng)　　　　　　　6.6　包含統(tǒng)計(jì)變化的集約模型　　　　　　　　　　6.7　結(jié)束語　　　　　　　　　　　　　　　　　　參考文獻(xiàn)　　　　　　　　　　　　　　　　　第7章  集約模型的函數(shù)逼近　　　　　　　　　　　7.1  引言　　　　　　　　　　　　　　　　　　　7.2　函數(shù)及函數(shù)逼近的特性　　　　　　　　　　　7.3　函數(shù)逼近的實(shí)用方法　　　　　　　　　　　　7.4　結(jié)論　　　　　　　　　　　　　　　　　　　參考文獻(xiàn)　　　　　　　　　　　　　　　　　第8章  模型在CAD工具中的應(yīng)用　　　　　　　　　8.1  引言　　　　　　　　　　　　　　　　　　　8.2　各類仿真器回顧　　　　　　　　　　　　　　8.3　模型執(zhí)行過程概述　　　　　　　　　　　　　8.4　模型驗(yàn)證過程　　　　　　　　　　　　　　　8.5　模型執(zhí)行的類型　　　　　　　　　　　　8.6　建立一個(gè)模型庫(kù)　　　　　　　　　　　　　　8.7　模型可移植性及其未來發(fā)展趨勢(shì)　　　　　　　參考文獻(xiàn)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第9章  模型驗(yàn)證　　　　　　　　　　　　　　　9.1  引言　　　　　　　……縮略語

章節(jié)摘錄

　　第1章　射頻微波功率晶體管　　1.1　引言　　雖然無線通信標(biāo)準(zhǔn)會(huì)隨著最近數(shù)字編碼技術(shù)或新開發(fā)使用的電磁波波段的發(fā)展而改變，但各種通信系統(tǒng)的共同特征是，它們均要使用功率放大器。在過去的幾十年中，特別是在功率級(jí)小于1KW的范圍內(nèi)，從真空電子管或者放大器的其他形式到固態(tài)器件的轉(zhuǎn)變已經(jīng)基本完成了。現(xiàn)在，功率放大器最核心的部分是功率晶體管?！　≡谏漕l無線通信領(lǐng)域，基站和長(zhǎng)距離發(fā)射機(jī)幾乎全部使用硅LDMOs（橫向擴(kuò)散金屬氧化物晶體管）高功率晶體管。除了在現(xiàn)代蜂窩通信系統(tǒng)中，LDMOs還廣泛應(yīng)用于需要射頻放大的領(lǐng)域——HF、VHF和UHF通信系統(tǒng)，脈沖雷達(dá)，工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）應(yīng)用，航空電子和最近的WiMAXTM通信系統(tǒng)。這些應(yīng)用的頻率范圍為從幾MHz至4 GHz以上。　　當(dāng)LDMOS技術(shù)在高功率射頻和微波低頻段應(yīng)用中占優(yōu)勢(shì)的時(shí)候，許多種化合物半導(dǎo)體（Ⅲ—Ⅴ簇）被用做有效的功率放大器件，特別使用在頻率高于5 GHz的應(yīng)用中，同時(shí)也使用在低功率應(yīng)用中，比如蜂窩手持機(jī)、藍(lán)牙技術(shù)和其他無線局域網(wǎng)絡(luò)（WLAN），這些應(yīng)用通常要求產(chǎn)生1W或者更小的功率。射頻微波中最常用的復(fù)合半導(dǎo)體材料是砷化鎵（GaAs），它在場(chǎng)效應(yīng)晶體管（比如金屬一半導(dǎo)體FET）、異質(zhì)結(jié)晶體管〔比如高電子遷移率晶體管（HEMT）〕和異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）中用做基片。這些器件的基本工作原理隨后將在本章中進(jìn)行概括。砷化鎵FET和擬晶態(tài)HEMT（PHEMT）用于低功率手持機(jī)的功率放大器中，同時(shí)也用于一些高功率蜂窩基站設(shè)備中，它們也可用做毫米寬帶功率晶體管。最近的化合物半導(dǎo)體技術(shù)促使了采用氮化鎵為基片的HEMT器件的發(fā)展，這種器件具有很高的功率密度，使用不同的基片材料還可以得到很低的熱電阻的優(yōu)點(diǎn)，非常適用于高功率放大器。與GaAs FET樣，GaN FET技術(shù)同樣具有很高的特征頻率，因此這種器件具有應(yīng)用于微波和毫米波頻段高功率的潛力?！　”M管無線通信系統(tǒng)的復(fù)雜度在繼續(xù)增加，迫于縮短設(shè)計(jì)周期和步入市場(chǎng)時(shí)間的壓力，設(shè)計(jì)者評(píng)估和開發(fā)替代設(shè)計(jì)技術(shù)具有挑戰(zhàn)性?；诮?jīng)驗(yàn)和測(cè)量的經(jīng)驗(yàn)主義設(shè)計(jì)方法正在逐步被計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）方法所取代。在一個(gè)基于CAD的設(shè)計(jì)流程中，我們需要一種在設(shè)計(jì)工具中可實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確而有效的模型，并且這是極為重要的。

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