монолитный СВЧ АТТЕНЮАТОР С БОЛЬШОЙ ГЛУБИНОЙ РЕГУЛИРОВКИ ВНОСИМОГО ЗАТУХАНИЯ ДЛЯ ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ 0-3 ГГц

January 21, 2013 by admin Комментировать »

Попов м. А., Толстолуцкий С. И., Синявский Г. П., Лерер А. М., Лабунько О. С. Ростовский государственный университет ул. Зорге, 5, г. Ростов-на-Дону, Россия

Аннотация – Разработана и изготовлена монолитная интегральная схема СВЧ аттенюатора на арсениде галлия с большой глубиной регулировки модуля коэффициента передачи. Экспериментально исследованы S-параметры в диапазоне частот от О до 3,0 ГГц.

I. Введение

Устройства управления амплитудой и фазой сигнала широко применяются в современной радиоэлектронике. Интерес к ним особенно вырос в последнее время в связи с разработками систем с фазированными антенными решетками (ФАР). Миниатюрные устройства, обеспечивающие вьюокую воспроизводимость, имеющие низкую цену и не требующие ручной настройки, могут быть наиболее оптимальным образом реализованы в виде монолитных интегральных схем (МИС) СВЧ на арсениде галлия.

Целью работы является проектирование и изготовление монолитной интегральной схемы СВЧ аттенюатора на арсениде галлия с большой глубиной регулировки модуля коэффициента передачи и экспериментальное исследование его S-параметров при различных значениях управляющих напряжений.

II.         Проектирование и изготовление

Для достижения поставленной цели была использована схема аттенюатора Т-типа. Электрическая схема аттенюатора приведена на рис. 1. В качестве электрически управляемых резистивных элементов используются пассивные полевые транзисторы с барьером Шоттки (ПТШ), обеспечивающие малое энергопотребление и высокое быстродействие устройства.

Рис. 1. Электрическая схема аттенюатора.

Fig. 1. Attenuator electric circuit

Микросхема изготовлена на структуре арсенида галлия с концентрацией носителей в активном п- слое 2’10^^ см’^толщиной 0,2 мкм и контактным п""- слоем. Длина затвора транзисторов — 0,7 мкм. Расстояние исток-сток — 3,6 мкм. Контактные площадки имеют размеры 100×100 мкм^. Размер кристалла —

0,                         7×0,9×0,125 мм^. Технология изготовления МИС аналогична описанной в [1]. Ширина затвора ПТШ, включенных последовательно — 480 мкм. Шунтирующие ПТШ имеют ширину 360 мкм. Цифрами 1 и

2  обозначены СВЧ вход и выход микросхемы, буквами А и В — контактные площадки для подачи управляющих напряжений, G — контактные площадки для

заземления. На рис. 2 представлена фотография кристалла МИС аттенюатора на пластине.

Рис. 2. Микрофотография кристалла аттенюатора.

Fig. 2. Attenuator photomicrography

III.                       Характеристики МИС

Изготовленные МИС СВЧ аттенюаторов после разделения на кристаллы и контроля статических параметров монтировались в измерительный модуль для проведения СВЧ измерений. Кристаллы присоединялись к плате с помощью золотых проволочных выводов. Заземление осуществлялось через край кристалла.

Частота, ГГц

Рис. 3. Семейство АЧХ аттенюатора.

Fig. 3. Insertion loss

4.    Измерение S-параметров производилось с помощью векторного анализатора цепей в малосигнальном режиме в диапазоне частот 0-3,0 ГГц. Результаты измерений S-параметров представлены на рис. 3На рис. 3 представлено семейство характеристик вносимого ослабления для аттенюатора при различных управляющих напряжениях. Были получены минимальные потери 1,5-2,5 дБ, неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) не более

1,    дБ, максимальное вносимое ослабление 35 дБ. Для диапазона 1,0-2,0 ГГц минимальные потери составляют 1,5-1,8 дБ, неравномерность АЧХ — не более 0,3 дБ. Максимальный уровень вносимого ослабления для этого же диапазона частот составляет 35-37 дБ, неравномерность АЧХ — не более 2 дБ. Управляющие напряжения подбирались экспериментально для обеспечения минимального КСВН входа.

На рис. 4 представлены результаты измерений КСВН входа аттенюатора в зависимости от вносимого ослабления для двух значений частот. Из рис. 4 видно, что согласование МИС с трактом остается хорошим в всем диапазоне изменения коэффициента ослабления до 15 дБ (КСВН не более 1,3). С увеличением коэффициента ослабления КСВН увеличивается до

3,0   (при коэффициенте передачи -25 дБ на частоте

2  ГГц) и более.

Рис. 5. Зависимость фазы от коэффициента передачи.

Рис. 4. КСВН входа аттенюатора. Fig. 4. VSWR versus attenuation

Fig. 5. Attenuator phase performance

Изменение фазы на выходе слабо зависит от коэффициента передачи при малых вносимых потерях (см. рис. 5). В этом случае активная составляющая проводимости транзистора доминирует, и вклад реактивной составляющей мал. При изменении коэффициента передачи до -10 дБ фазовый сдвиг на выходе аттенюатора не превышает 10°. С ростом вносимых потерь, т. е. по мере запирания проходных транзисторов, роль реактивной составляющей возрастает и зависимость фазы от коэффициента передачи увеличивается.

IV.                                      Выводы

Разработана и изготовлена монолитная интегральная схема СВЧ аттенюатора Т-типа на арсениде галлия с большой глубиной регулировки модуля коэффициента передачи, использующая в качестве электрически управляемых резистивных элементов пассивные полевые транзисторы с барьером Шоттки. Экспериментально исследованы S-параметры в диапазоне частот от О до 3,0 ГГц при различных значениях управляющих напряжений.

2.0  МИС СВЧ аттенюатора обеспечивает неравномерность АЧХ не более 2,0 дБ в полосе частот 1,0ГГц при изменении вносимого ослабления от

1.5  до 35 дБ. КСВН не более 1,3 (при ослаблении не более 15 дБ).

3.0  В диапазоне частот 0-3,0 ГГц МИС аттенюатора обеспечивает минимальное вносимое затухание 1,5дБ при неравномерности АЧХ не более 1,0 дБ. Максимальное вносимое затухание в диапазоне 0,5ГГц не менее 35 дБ.

V.                           Список литературы

[1]   Толстолуцкий С. И., Попов М. А., Казачков В. В. Твердотельный управляемый СВЧ аттенюатор на арсениде галлия для диапазона 0-4 ГГц. В кн.: 15-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». Материалы конференции. [Севастополь, 12-16 сентября 2005г.] — Севастополь: Вебер, 2005, с. 179-180.

DC-3 GHz GaAs MMIC VARIABLE ATTENUATOR

Popov M. A., Tolstolutsky S. I., Sinyavskiy G. P., Lerer A. М., Labunko O. S.

Rostov State University

5,                     Zorge str, Rostov-on-Don, Russia

3 GHz broadband microwave monolithic variable attenuator with dimensions 0.7×0.9×0.125mm^has been developed. VSWR better than 1.3, 1.5-2.5dB insertion loss and 2.0 dB bandpass flatness have been obtained.

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