ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ДВУХКАНАЛЬНЫЙ СВЧ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ НА АРСЕНИДЕ ГАЛЛИЯ ДЛЯ ДИАПАЗОНА 0-6 ГГц

January 7, 2013 by admin Комментировать »

С. И. Толстолуцкий, м. А. Попов, А. В. Толстолуцкая, А. И. Ли, В. В. Казачков, В. П. Комор Ростовский НИИ радиосвязи ул. Нансена, 130, г. Ростов-на-Дону, 344038, Россия тел.: 863-2340133

Аннотация – Представлены результаты разработки широкополосного твердотельного СВЧ переключателя 1×2, изготовленного в виде монолитной интегральной схемы на арсениде галлия размером 1,7×1,1×0,125 мм^. Исследованы характеристики в диапазоне частот от О до 6 ГГц. Получены вносимые потери в открытом канале менее 2,2 дБ, в закрытом канале более 35 дБ.

I.                                       Введение

Широкополосные СВЧ переключатели активно применяются в современной радиоэлектронике. Интерес к ним особенно возрос в последнее время в связи с разработками систем с фазированными антенными решетками (ФАР). Технология монолитных интегральных схем на арсениде галлия, благодаря прецизионной литографии и изготовлению в едином технологическом цикле активных и пассивных элементов и линий передачи, обеспечивает высокую воспроизводимость характеристик каждого канала, улучшает равномерность амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик.

Целью данной работы является проектирование и изготовление широкополосного твердотельного СВЧ переключателя 1×2 на арсениде галлия, работающего в диапазоне частот 0-6 ГГц и обеспечивающего уровень затухания в закрытом канале около 35 дБ при малом энергопотреблении и низких прямых потерях не хуже 2,2 дБ с высокой идентичностью электрических характеристик

II.         Проектирование и изготовление схемы

в качестве коммутационных элементов используются полевые транзисторы с барьером Шоттки (ПТШ), работающие в пассивном режиме. Для реализации поставленной задачи была выбрана электрическая схема, аналогичная описанной в [1].

Переключатель реализован в виде монолитной интегральной схемы (МИС) на одном кристалле. Для изготовления выбрана такая же эпитаксиальная структура арсенида галлия, как в [1], но технология изготовления МИС была несколько модифицирована. В частности, при формировании затвора применялась оптическая литография в глубоком ультрафиолете (установка фотолитографии SUSS MicroTec MJB3) с использованием композиции резистов с химическим усилением фирмы Shipley. Это позволило получить длину затвора ПТШ 0,5 мкм. Удельное сопротивление открытых транзисторов уменьшилось при этом до значений 2,0-2,5 Ом мм при межэлек- тродном расстоянии исток-сток — 3,6 мкм. Металлизация разводки формировалась вакуумным напылением золота с подслоем титана. Толщина металлизации — 0,6 мкм, что достаточно для проведения монтажа кристалла в гибридных интегральных схемах золотыми перемычками через край кристалла с помощью расщепленного электрода. По этой технологии была изготовлена опытная партия МИС СВЧ переключателей.

Рис. 1. МИС СВЧ переключателя в измерительной камере.

Fig. 1. Photograph SPOT

Ml. Результаты измерений

После контроля параметров МИС на пластине и разделения на кристаллы измерялись СВЧ параметры переключателей. Для этого чип переключателя монтировался в измерительную микрополосковую камеру. На рис.1 представлена фотография фрагмента измерительной микрополосковой камеры с МИС переключателя. Измерение S-параметров производилось в диапазоне частот 0-6 ГГц на векторном анализаторе цепей при подаче управляющих напряжений 0/-5 В.

Рис. 2. Коэффициент передачи открытых каналов.

Fig. 2. Insertion loss

Результаты измерений S-параметров приведены на рис.2-6. Коэффициент передачи открытого канала (рис.2) менее 2,2 дБ и практически не зависит от частоты в диапазоне 0-6 ГГц. Неравномерность АЧХ при этом не более 1 дБ. На рис.2 пунктиром обозначены результаты расчетов, а сплошной линией — экспериментальные данные (для двух разных каналов). Коэффициент передачи закрытого канала (рис.З) имеет более выраженную частотную зависимость. На частоте 6 ГГц затухание составляет 35 дБ. На рис.З также пунктиром обозначены результаты расчетов, а сплошной линией — экспериментальные данные. Результаты измерений показали хорошее согласование переключателя по входу (рис.4). КСВН входа не превышает 1,4 в диапазоне частот от О до 6 ГГц (пунктиром показаны результаты расчетов).

КСВН выходов закрытых каналов МИС (рис. 5, сплошные линии) не превышает 1,6, причем в диапазоне частот ОТ О ДО 5,7 ГГц находится в пределах 1,0-1,4. Пунктиром показаны результаты расчетов. Разность коэффициентов передачи каналов в открытом СОСТОЯНИИ ВО всем диапазоне не превышает

0,    5 дБ. Разность фаз на выходе каналов (рис.6) линейно растет с частотой, но не превышает 10°. Значение ЭТОГО параметра для МИС может быть еще меньше, т. к. не учитывается разность фаз, вносимая конструкцией измерительной камеры.

Рис. 4. KCBFI входа переключателя.

Fig. 4. Input VSWR

Рис. 6. Неидентичность ФЧХ открытых каналов.

Рис. 3. Коэффициент передачи закрытого канала. Fig. 3. Isolation

ность коэффициентов передачи составляет не более 0,5 дБ и разность фаз на выходе каналов не более 10° (в составе измерительной камеры) в диапазоне частот 0-6 ГГц.

Рис. 5. КСВН выхода закрытого канала переключателя.

Fig. 5. Output VSWR

IV.                                       Выводы

Разработан и изготовлен широкополосный твердотельный СВЧ переключатель 1×2 для диапазона частот 0-6 ГГц. Переключатель реализован в виде МОНОЛИТНОЙ интегральной схемы на арсениде галлия размером 1,6×1,1×0,125 мкм^. МИС переключателя обеспечивает согласование канала по выходу с КСВН не хуже 1,6 в диапазоне частот от О до 6 ГГц (в диапазоне от О до 5,7 ГГц не хуже 1,4). КСВН входа не более 1,4. В рабочем диапазоне частот получено затухание закрытого канала более 35 дБ. Потери в открытом канале — менее 2,2 дБ. Неравномерность АЧХ — не более 1 дБ. Проведенные экспериментальные исследования показали, что использование технологии монолитных интегральных схем при изготовлении СВЧ переключателей позволяет получить высокую идентичность параметров каналов. Раз

Fig. 6. Identity of phase characteristics

V.                           Список литературы

[1] Толстолуцкий С. И., Толстолуцкая А. В., Попов М. А. Твердотельный двухканальный СВЧ переключатель 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 2005 г.] – Севастополь: Вебер, 2005, с. 181-182.

DC – 6 GHz GaAs MMIC SPDT SWITCH

Tolstolutsky S. I., Popov M. A., Tolstolutskaja A. V., Lee A. I., Kazatchkov V. V., KomorV. P.

Research Institute of Radiocommunication 130, Nansen str, Rostov-on-Don, 344038, Russia

Abstract – 6 GHz broadband microwave monolithic GaAs SPDT switch 1.7×1.1×0.125mm has been designed. Insertion loss better than 2.2 dB and isolation more than 35 dB have been achieved.

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