A Review of Microwave Integrated Circuits and Their CAD Concepts

              Overview of Microwave Integrated Circuits and Their CAD Concepts Overview of Microwave Integrated Circuits and Their CAD Concepts Chapter 1 Introduction Microwave circuits began with three-dimensional microwave circuits used in the 1940s [1]. They consisted of waveguide transmission lines, waveguide elements, resonant cavities, and microwave electron tubes. With the development of microwave solid-state devices and the emergence of distributed transmission lines, planar microwave circuits appeared in the early 1960s. They are microwave hybrid circuits that use microstrip elements, lumped elements, microwave solid-state devices, etc., using diffusion, epitaxy, deposition, etching and other manufacturing technologies to manufacture these passive microwave devices and active microwave components on a semiconductor substrate [2], namely HMIC. It belongs to the second generation of microwave circuits. Compared with the first generation of microwave circuits composed of waveguides and coaxial lines, it has the advantages of small size and light weight, avoiding complex mechanical processing, and is easy to connect with waveguide devices and ferrite devices. It can adapt to the small microwave solid-state devices that were rapidly developed at that time. Due to its good performance, strong reliability, and easy use, it was used in various microwave complete machines and played a significant role in improving the performance and miniaturization of military electronic systems [3]. In the 1970s, the maturity of GaAs material manufacturing technology had a very important impact on the development of microwave semiconductor technology. The electron mobility of GaAs material is seven times higher than that of Si, and the drift velocity is also much higher than that of Si. This high-frequency and high-speed performance is determined by its material properties. Due to the semi-insulating nature of GaAs material (its resistivity can reach 105Ω/cm), it is possible to integrate planar transmission lines without the need for special isolation technology, so passive components and active components can be integrated on the same chip, further reducing the size of microwave circuits. It is precisely because of the advent of GaAs technology and the characteristics of GaAs materials that the transition from microwave integrated circuits to monolithic integrated circuits has been promoted. Compared with the second-generation microwave hybrid circuit HMIC, MMIC has the advantages of smaller size, longer life, higher reliability, lower noise, lower power consumption, and higher operating limit frequency. For example, in the comparison of HMIC and MMIC high-gain amplifiers, it can be found (see Table 1-1) [4] that the amplifier size, the number of MMIC components, and the number of connection terminals are all smaller than those of HMIC, and the electrical performance of the two is similar. MMIC...