ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ БАЗОВЫХ СТРУКТУР И КОМПОНЕНТОВ СВЧ МОДУЛЕЙ В ИНТЕГРАЛЬНОМ ИСПОЛНЕНИИ

June 19, 2012 by admin Комментировать »

Бабунько С. А.1, Орлов О. С.2 ЗАО НПП «Салют-27» 2ФГУП «Салют», 603950, Россия, Нижний Новгород, ул. Ларина, 7

Аннотация Рассмотрены вопросы создания универсальных базовых структур и компонентов для СВЧ модулей в гибридно-интегральном исполнении. Обсуждаются физические, технико-экономические аспекты и ограничения на пути миниатюризации и интеграции компонентов СВЧ модулей. Приводятся конкретные примеры их реализации. Рассматриваются дальнейшие перспективы развития направления.

I.  Введение

При создании приборов СВЧ в настоящее время основное место отводится схемам, изготовленным по гибридно-интегральной технологии. ГИС СВЧ, нашедшие широкое применение еще в начале 70х годов, создаются на основе групповой сборки. Невысокая надежность модулей отказы в паяных конструкциях, недопустимые габаритно-весовые показатели для применения в портативной и бортовой аппаратуре, высокая стоимость изготовления, широкое использование операций, не допускающих автоматизации все это хорошо известные недостатки ГИС. Можно отметить, что проектирование ГИС СВЧ и компоновка модулей до сих пор производится в соответствии с методологией печатно-полосковой технологии.

II.  Основная часть

Использование принципов монолитной технологии проектирования: интеграция активных и пассивных компонент в составе одной микросхемы СВЧ (субмодуля), предельная миниатюризация схем и отдельных элементов, широкое использование принципа базового проектирования (создание универсальных субблоков) позволяет в принципе перейти на новый элементный уровень разработки и проектирования РЭА СВЧ [1, 2]. Монолитноинтегральные схемы СВЧ (МИС) выполняются в едином цикле с изготовлением, как токоведущих проводников, пассивных компонентов, так и активных элементов схем. При этом достигается максимально возможная плотность упаковки компонентов. Однако существуют проблемы, которые в значительной мере препятствуют переходу на монолитно-интегральные схемы в СВЧ диапазоне:

Во-первых, это научно-методологическая. Она предусматривает анализ физических ограничений при создании МИС СВЧ в зависимости от функционального назначения устройства, диапазона и полосы рабочих частот, допустимой рассеиваемой мощности, потерь, скорости обработки сигнала и т. п. Проблема достаточно подробно освещена нами в литературе [2].

Во-вторых схемно-технологическая проблема. Она предусматривает изыскание достаточно простых и надежных способов создания основных технологически совместимых компонентов микросхем: активных и пассивных элементов цепей. Напомним, что повышение коэффициента интеграции Ки монолитноинтегральной схемы [1] предполагает, что активные и пассивные компоненты МИС СВЧ выполняются в виде единой схемоструктуры. Таким образом, МИС является функционально законченным устройством, спроектированным в соответствии с принципом функциональной интеграции. Реализация этого принципа встречает особые трудности при создании схем в относительно низкочастотном диапазоне, где пассивные элементы распределенного типа имеют недопустимо большие размеры, а навесные элементы (конденсаторы, индуктивности) характеризуются невысокой добротностью. Интересно отметить, что при переходе к коротким волнам в миллиметровом диапазоне часто появляются нетрадиционные схемно-конструктивные решения, характерные для МИС СВЧ [3, 4].

Применение гибридно-интегральных схем на 3-х миллиметрах и в КВЧ нецелесообразно из-за низкой добротности несимметричной МПЛ, высокой дисперсии фазовых скоростей, больших потерь. Здесь оптимальными с точки зрения вносимых потерь, простоты монтажа навесных элементов, невзаимных устройств, технологичности изготовления и стоимости готовых модулей являются полосковая линия повышенной добротности и диэлектрический щелевой волновод (рис. 1 а и б).

Since the attenuation constant am in the waveguide with

semiconductor structure according to (1) depends on the magnetic field magnitude, then the power passed through the waveguide with epitaxial structure, changes in the magnetic field.

To increase the power difference of the microwave signals in the load with and without magnetic field we use the experimental scheme, shown in Fig. 1, in which the coherent signals subtraction mode is realized in the scheme on the base of microwave semiconductor oscillator [3, 4].

The amplitude-frequency y(x) and phase-frequency cp(x) characteristics of synchronized semiconductor oscillator are described by the equations [5]:

у{(у~1)2 +x2)=F , tg(p = (4).

y-l

The expression, which connects the attenuation constant a(B) for the arbitrary magnitude of the magnetic field with the power PL{B) of the microwave signal in the load on the frequency corresponded to the minimum of power-frequency characteristic, is:

The measurement of the power of microwave signals in the load in the scheme under investigation with (PL(B)) and without (Pl(B=0)) magnetic field allows us with the use of (9) to calculate the attenuation constants a(B) and a(0) and, using (1), to determine the free charge carriers mobility // in the semiconductor epitaxial structure.

III.  Experiment

During the experimental investigations in one of the arms of the bridge circuit (see Fig. 1) the synchrosignal source (microwave oscillator G4-83) was placed, and in the other arm a Gunn-diode oscillator was placed. At the out of the bridge circuit the synchrosignal and the Gunn-diode output signal were summarized on the common load. The resultant signal was observed on S4-27 spectrum analyzer and M3-51 power meter.

The Ga/\s-structure (high-alloy epitaxial layer л-type a 0.22 mkm thickness on the low-alloy substrate a 300 mkm thickness) was placed in the rectangular metallic waveguide in the center of cross-section. The magnetic field was directed normally to the semiconductor epitaxial structure.

At the constant synchrosignal frequency the impact of the magnetic field of 0.4 tesla, which produces insignificant ~0.5 dB change of the output signal of the synchronized oscillator, results in the significant (up to 20 dB) change of the power Pi{B) of the resultant signal in the common load.

IV.  Conclusion

Synchronized semiconductor microwave oscillators had been experimentally investigated in the signals subtraction scheme and theoretically described in this paper. The possibility of considerable increase of the sensitivity of the microwave magneto-resistance method for carrier mobility measuring with the use of the scheme on the basis of synchronized semiconductor microwave oscillators had been shown.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты