基于单片微波集成电路技术设计了一款 S波段频率可调谐滤波器芯片, 该可调谐滤波器芯片采用信道化结构, 通过选择不同通道实现宽调谐比。其中每个通道采用多级放大器与无源滤波网络级联的形式提高该滤波电路的选择性, 通过在无源滤波网络引入变容二极管实现通道频率的连续调谐, 该结构可在滤波器具备较高选择性的前提下实现宽调谐比。采用 0.25 μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管 (PHEMT)工艺设计了一款 S波段双通道信道化可重构滤波器, 仿真结果表明, 在 0~3 V控制电压范围下, 该滤波器中心频率调谐范围为 2.5~4 GHz, 带宽变化范围为 420~650 MHz, 调谐比达到 60%, 滤波器芯片尺寸为 3 mm×3.1 mm。该设计为片上可重构射频滤波实现宽频率调谐比提供了一条技术途径。

随着单片微波集成电路(MMIC)集成度和复杂度的提高，芯片功能模块之间的距离越来越近，特征线宽越来越窄，对于分析芯片内部的信号路径和信号的完整性，能够提供芯片表面的高分辨微波场成像显得尤为重要。为了解决准确检测芯片内部结构完整无损的问题，这项工作采用了一种基于光纤的近场扫描探头的方法，其中包含氮空位(NV)色心的金刚石颗粒固定在光纤的尖端，通过搭建光路并接收金刚石NV色心的荧光信号，从而推理出被测芯片的磁场强度。该实验选取一个微波低噪声放大器芯片内部的区域进行扫描成像，得到了较好的成像结果，并准确分析出芯片的信号线走势。这些结果为高度集成芯片和滤波器等集成器件的功能和失效分析提供了变革性的方法。

介绍基于GaAs变容二极管工艺的电调滤波器芯片的研究与设计，包括变容材料制备、二极管模型建立以及电路设计。设计数款电调滤波器，工作频段范围覆盖1~19 GHz。测试结果显示，电调滤波器具有 超过一个倍频程的调谐范围，器件击穿电压大于+30 V。本文选取中心频率为2~5 GHz可调的一款电调滤波器进行详细介绍，控制电压范围为0~15 V，插入损耗在10 dB左右，输入和输出驻波(电压驻波比)均优于1.8。 设计的系列化电调滤波器具有一致性高、小型化、低成本和免调试等优势，拥有良好的应用前景。

随着射频/微波器件的快速发展及其应用领域的日益扩大，基于半导体单片集成技术的多种器件集成工艺不断发展。研究了一种采用AlGaAs--InGaAs的砷化镓化合物衬底。琥珀酸湿法蚀刻工艺对器件电性能影响较小。将耗尽型和增强型赝配高电子迁移率晶体管(pseudomorphic High--Electron--Mobility Transistor, pHEMT)器件集成于同一芯片半导体工艺技术。结果表明，增强型晶体管Y型栅极的线宽为0.25 m，开启电压为0.3 V；耗尽型晶体管栅极的线宽为0.5 m，开启电压为-0.8 V，实现了在同一芯片上集成从负到正的栅极电压分布，为设计者提供了更为宽广的设计平台。这种集成技术可以应用于低噪声放大器、线性天线开关、滤波器以及功率控制装置等领域。

作为低频段混频电路中的典型拓扑结构, 基尔伯特单元在毫米波、太赫兹领域的应用较少, 在Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体单片微波集成电路 (MMIC)设计中, 超过 100 GHz的基尔伯特混频器很少有文献报导。基于 70 nm GaAs mHEMT工艺, 设计了一款 120 GHz的双平衡式基尔伯特混频器, 同时对该混频器版图结构进行优化改进, 提升了混频器中频差分输出端口间的平衡度。仿真结果显示该混频器在本振输入 0 dBm功率时, 在 100~135 GHz频率范围内有 (-7.6±1.5) dB的变频损耗, 射频输入 1 dB压缩点为 0 dBm@120 GHz, 中频输出带宽大于 10 GHz, 差分输出信号间的功率失配 <1 dB, 相位失配 <4°。该芯片直流功耗为 90 mW, 面积为 1.5 mm×1.5 mm。

利用90 nm InAlAs/InGaAs/InP HEMT工艺设计实现了两款D波段(110~170 GHz)单片微波集成电路放大器.两款放大器均采用共源结构, 布线选取微带线.基于器件A设计的三级放大器A在片测试结果表明: 最大小信号增益为11.2 dB@140 GHz, 3 dB带宽为16 GHz, 芯片面积2.6 mm×1.2 mm.基于器件B设计的两级放大器B在片测试结果表明: 最大小信号增益为15.8 dB@139 GHz, 3 dB带宽12 GHz, 在130~150 GHz频带范围内增益大于10 dB, 芯片面积1.7 mm×0.8 mm, 带内最小噪声为4.4 dB、相关增益15 dB@141 GHz, 平均噪声系数约为5.2 dB.放大器B具有高的单级增益、相对高的增益面积比以及较好的噪声系数.该放大器芯片的设计实现对于构建D波段接收前端具有借鉴意义.

基于SiC衬底的0.25 μm GaN HEMT工艺, 设计了一款X~Ku波段宽带1 W驱动放大器单片微波集成电路。设计使用了一种有源器件的大信号输出阻抗的等效RC模型验证了GaN HEMT工艺模型的准确性, 并获得了不同尺寸的GaN HEMT的大信号输出阻抗。第一级管芯采用负反馈结构, 降低匹配网络的Q值, 通过带通匹配网络拓扑, 实现了宽带匹配。测试结果表明, 在28 V的工作电压下, 8~18 GHz的频率内驱动放大器实现了输出功率大于30 dBm, 功率附加效率大于21%, 功率增益大于15 dB。芯片尺寸为: 2.20 mm×1.45 mm。该芯片电路具有频带宽、效率高、尺寸小的特点, 主要用于毫米波收发组件、无线通讯等领域, 具有广泛的应用前景。

基于径向波导合成技术, 设计了一款W波段功率放大器。功放采用4路氮化镓单片微波集成电路(MMIC)单片合成设计, 在90 GHz处输出功率为3.7 W, 合成效率为94.3%, 具有较好的工程应用价值。

利用改进的小信号模型对采用100 nm InAlAs/InGaAs/InP工艺设计实现的PHEMTs器件进行建模, 并设计实现了一款W波段单片低噪声放大器进行信号模型的验证。为了进一步改善信号模型低频S参数拟合差的精度, 该小信号模型考虑了栅源和栅漏二极管微分电阻, 在等效电路拓扑中分别用Rfs和Rfd表示.为了验证模型的可行性, 基于该信号模型研制了W波段低噪声放大器单片.在片测试结果表明：最大小信号增益为14.4 dB@92.5 GHz, 3 dB 带宽为25GHz@85-110 GHz.而且, 该放大器也表现出了良好的噪声特性, 在88 GHz处噪声系数为4.1 dB, 相关增益为13.8 dB.与同频段其他芯片相比, 该放大器单片具有宽3 dB带宽和高的单级增益.