Миннебаев В. М.*, Краснов В. В.**
ФГУП «НПП «Пульсар» г. Москва, Окружной пр., 27, 105187, Россия факс. 495-366-55-83, e-mail: pulsar@dol.ru "’фИАН им. П. Н. Лебедева г. Москва, ГСП-1, В-333, Ленинский пр., 53, 119991, Россия e-mail: postmaster@lebedev.ru
Аннотация – Представлены результаты проектирования и изготовления охлаждаемого малошумящего усилителя (МШУ) 8-мм диапазонов длин волн на базе GaAs монолитных интегральных схем (МИС), А также сравнение их СВЧ характеристик, надежности и воспроизводимости устройств на их основе. Изготовленный для использования в приемниках РТ-22 охлаждаемый МШУ обладает при Токр=23К следующими параметрами: рабочая полоса частот 34-38ГГц, Тш<40К, Кур=28 дБ.
I. Введение
Настоящая работа представляет результаты по проектированию и изготовлению криоохлаждаемого МШУ 8-мм диапазона в рамках программы модернизации приемной системы радиотелескопа РТ-22. Изготовленный ранее на базе МИС СНА2094Ь МШУ [1] обладает в рабочем диапазоне частот Тш мшу<80К, при этом шумовая температура криоблока составляет порядка Тш кБ<160К.
Разработанный криоМШУ обладает Тш<40К.
На заключительном этапе модернизации будет осуществлен переход к многоканальному приему информации при спектральных наблюдениях в 8 мм диапазоне.
II. Постановка задачи
Разработанный ранее МШУ обладал рядом недостатков:
1) конструктивные – расположение активных элементов МШУ вне запредельного волновода, который бы позволил существенно уменьшить возможности распространения низких, по отношению к рабочему диапазону, частот. Возможность распространения многомодовых объемных колебаний приводит к появлению многочастотных обратных связей, способных вывести НЕМТ из условий устойчивой работы как вне, так и в рабочем диапазоне частот. При этом для обеспечения устойчивой работы транзисторов приходится корректировать согласующие цепи в сторону ухудшения их добротности и неоптимальности согласования. Это в свою очередь приводит к снижению коэффициента усиления и возрастанию шумовой температуры ГИС и усилителя в целом.
2) радиотехнические – очень широкая рабочая полоса МИС приводит к тому, что в тракт промежуточной частоты «пролезают» сигналы зеркальной частоты, приводящие к искажению принимаемого сигнала.
3) Тактико-технические – значительная шумовая температура (превышает зарубежные аналоги на 40-60К)
III. Проектирование и измерение
Для решения конструктивных проблем авторы использовали конструкцию ГИС типа «волноводная вставка» [2], обеспечивающей полную экранировку микрополоскового тракта в запредельном волноводе (Ргр1>2Рраб). в составе многокаскадного усилителя это позволит обеспечить требуемую электромагнитную обстановку, способствующую устойчивой работе дискретных транзисторов и МИС.
Для решения фильтрации зеркального канала был спроектирован микрополосковый 5-резонатор- ный полосно-пропускающий фильтр (ППФ) на кварцевой подложке с использованием распределено- сосредоточенных элементов. При проектировании использовалось трехмерное электромагнитное моделирование в среде Microwave Office 6.0. Результаты расчета и измерения частотных характеристик ППФ представлены на рис.1.
Рис. 1. Частотные характеристики ППФ.
Fig. 1. Passband Fiiter Parameters
Для решения вопросов снижения Тш МШУ были исследованы МИС FMM5704X ф. Fujutsu.
В ходе работы исследовались:
– устойчивость работоспособности МИС при Т=20К
– устойчивость работоспособности МИС нагруженной на ППФ
– чувствительность шумовых и усилительных характеристик МИС к изменению питающих напряжений
– устойчивость каскадного включения МИС при Т=20К.
В результате проведенных исследований выяснилось, что:
A) устойчивую безотказную работу при криотемпературах обеспечивают около 25 % исследованных микросхем. Остальные склонны к резкому смещению рабочей точки НЕМТ при Т<80-100К. Что обуславливает значительный объем работ по отбору МИС.
Б) использование микрополоскового ППФ не приводит к ухудшению характеристик собственно МИС
B) изменение напряжений питания приводит к заметному изменению шумовой температуры и коэффициента усиления МШУ (рис.2), что и определило требования к стабилизации напряжений во вторичном источнике питания.
IV. Результаты лроектирования МШУ
в результате проведенных работ был спроектирован и изготовлен криоохлаждаемый МШУ 8-мм
диапазона с Тш»40К, что соответствует мировому уровню охлаждаемых усилителей, изготовленных на основе GaAs НЕМТ.
Для обеспечения требуемого уровня усиления использованы две волноводные секции на базе МИС FMM5704X с микрополосковыми ППФ, разделенные развязывающим устройством. Волноводные охлаждаемые вентили производства НПО «Домен» применены также на входе и выходе усилителя. Внешний вид усилителя и измеренные частотные характеристики при Токр=20К представлен на рис.З.
Рис. 2. Зависимости Кш и Кур от напряжений питания.
Fig. 2. NF & Gain vs. bias
V. Применение
с января 2006г. МШУ на базе МИС FMM5704X работает в охлаждаемом спектральном приемнике 8-мм диапазона РТ-22 ФИЛИ. Усилитель установлен во входном криоблоке приемника вместо МШУ на базе МИС СНА2094Ь. Применение МШУ на базе МИС FMM5704X с шумами менее 40К в рабочей полосе частот, позволило снизить шумовую температуру приемника на 40К. Шумовая температура системы РТ-22 на волне 8-мм с МШУ на базе МИС составляет Тшсист<120К (ясная погода, зенит).
VI. Список литературы
[1] Краснов В. В., Миннебаев В. М. «Криогенный малошумящий усилитель 8-миллиметрового диапазона» – «Радиотехника и электроника», 2004г., т.49, № 1, с. 115-122.
[2] Дорофеев А. А., Миннебаев В. М. Патент на изобретение № 2206940 «Интегральная микросхема КВЧ диапазона»
– Бюллетень изобретений № 17, 20.06.2003 г, с. 812.
COOLABLE Ka-BAND LNA FOR RT-22 PRAO ACC FIAN
V. M. Minnebaev*, V. V. Krasnov**
Puc. 3. Внешний вид и измеренные при Токр=23 К частотные характеристики МШУ.
*SR/ «Pulsar»
Okrugnoi pr., 27, Moscow, 105187, Russia fax. 095-366-55-83, e-mail: pulsar@dol.ru ‘>iAN
Leninskypr., 53, Moscow, 119991, Russia e-mail: postmaster@lebedev.ru
Abstract – Presented in this paper are tlie results of design and fabrication of coolable low noise amplifiers (LNA) for 8-mm band. LNA is based on GaAs MMICs. LNA presented has been fabricated for RT-22 FIAN receivers. It has the following parameters: AF=34-38 GHz, Tn<40 K, Gain=28 dB at T=23 K.
Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г.
- Предыдущая запись: МОДЕЛИРОВАНИЕ НОВЫХ АКТИВНЫХ СРЕД НА ОСНОВЕ МЕТАМАТЕРИАЛОВ С ИСКУССТВЕННЫМИ МОЛЕКУЛАМИ
- Следующая запись: монолитный СВЧ АТТЕНЮАТОР С БОЛЬШОЙ ГЛУБИНОЙ РЕГУЛИРОВКИ ВНОСИМОГО ЗАТУХАНИЯ ДЛЯ ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ 0-3 ГГц
- ПРЕДУСИЛИТЕЛЬ АУДИОСИГНАЛОВ C АРУ (2)
- БУФЕРНОЕ УСТРОЙСТВО C ЕДИНИЧНЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ УСИЛЕНИЯ ДЛЯ АЦП (0)
- CXЕMA ЗВУКОВОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ ПРИ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ (0)
- ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НИЗКОЧАСТОТНОГО СИГНАЛА (0)
- ДЕТЕКТОР ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ (0)
- ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ HA ТИПОВОМ ОУ (1)
- ЛИНЕЙНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ C СОГЛАСОВАННЫМ ИМПЕДАНСОМ И НАГРУЗКОЙ 75 OM (0)