ΠΡΑΟ АКЦ ФИАН

January 21, 2013 by admin Комментировать »

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. 

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