Приемный модуль 2  мм ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН

February 9, 2013 by admin Комментировать »

Косов А. С., Зотов В. А., Скулачев Д. П.

Институт Космических Исследований Российской Академии Наук (ИКИ РАН) Профсоюзная ул., д.84/32, г. Москва, 117997, Россия тел.: +7(095) 3332267, e-mail: akosov@ieee.org Вальд-Перлов В. М.

ГУН НПП «Пульсар»

ГСП-5, г. Москва, 105187, Россия тел: (095) 3665677

Аннотация – Разработан приемный модуль 2 мм диапазона длин волн (ПМ-2), состоящий из балансного смесителя на диодах с барьером Шоттки (ДБШ) и гетеродина на 1пР диодах Ганна. Смеситель и гетеродин интегрированы в единый моноблок. Для формирования сигнала гетеродина разработана монолитная интегральная микросхема генератора второй гармоники, обеспечивающая гетеродинный уровень мощности (5-10 мВт) в диапазоне 140-150 ГГц. Смеситель создан на основе последовательной диодной пары типа DBES105a, производства UMS. Измеренные потери преобразования смесителя составляют не более 15 дБ (SSB) в диапазоне частот сигнала 130-150 ГГц. Диапазон промежуточных частот 0-10 ГГц.

I.                                       Введение

II. Основная часть

На Рис.1 представлена фотография ПМ-2, на котором в центре сигнального волновода сечением

Рис. 1. Фотография ПМ-2. Fig. 1. Photo of the receiver

Для решения задач дистанционного зондирования, радиоастрономии, радиовидения требуются приемные компактные устройства в коротковолновой части ММ диапазона длин волн. В основном такие устройства строятся по супергетеродинной схеме, состоящей из преобразователя частоты на ДБШ и гетеродина. Для подавления шумов гетеродина обычно применяются балансные схемы смесителей, состоящие из двух ДБШ, последовательно включенных в волновод, и полосковой линии, по которой подается сигнал гетеродина и выделяется сигнал промежуточной частоты (ПЧ). Ключевым вопросом создания ПМ в коротковолновой части ММ диапазона длин волн является формирования сигнала гетеродина. Наиболее простым гетеродином в мм диапазоне длин волн является гетеродин на диоде Ганна (ГДГ), однако предельная частота ГДГ на материале GaAs составляет около 50 ГГц, а на материале 1пР около 100 ГГц. Как показали исследования [1-2], генерация второй гармоники является эффективным методом расширения частотного диапазона ГДГ. В настоящей работе основные усилия были направлены на разработку гетеродина в диапазоне 140- 150 ГГц. Эта задача была решена путем создания монолитной интегральной микросхемы генератора второй гармоники на базе 1пР диодов Ганна.

1,6  X 0,8 мм установлена диодная пара ДБШ, справа видна ИС гетеродина.

Смеситель создан на базе последовательной диодной пары типа DBES105a, производства UMS. Внешний вид диодной пары представлен на Рис.2, а параметры приведены в Таблице 1.

Рис. 2. Последовательная диодная пара DBES105a. Fig. 2. Flip Chip series dual diode DBES105a

Табл. 1. Параметры диодов Table 1. Diodes’ parameters

Rs (ohm)

Cjo (fP) (OV)

Cpar (fP)

Pco (THz)

4.4

9.5

5.8

2.4

Гетеродин был реализован непосредственно на активной структуре путем создания интегральной схемы на полиимиде, покрывающем верхнюю поверхность активной структуры и выполняющем роль диэлектрика интегральной схемы. Схема генерации второй гармоники была создана в виде балансной пары, изображенной на Рис.З.

Рис. 3. Монолитная ИС балансного генератора второй гармоники.

Fig. 3. Monolithic 1C of the push-pull second harmonic oscillator

Активные структуры создавались по технологии интегрального теплоотвода, используя эпитаксиальные 1пР структуры типа п’^-п-п” с однородным профилем легирования η области. Исследования [3] показали, что оптимальными длиной и уровнем легирования активной η области являются значения 1.5 μηι и з ю”® cm’® соответственно. Диаметр мезаструк- тур около 30 μηι. Ток около 100 мА на структуру.

Контур основной частоты образуется отрезком полосковой линии П, соединяющей активные структуры Д1 и Дг. Длина L полосковой линии выбирается из соотношения:

—^ = Zotg{j^LmJ2c)                                                (1)

где: ω. – основная частота генерации; Cd – емкость активной структуры; Zo – характеристическое сопротивление микрополосковой линии; Вг – диэлектрическая проницаемость полиимида; L – длина микрополосковой линии; С – скорость света.

Соотношение (1) отражает условие резонанса, когда емкостной импеданс активной структуры равен по модулю индуктивному импедансу полосковой линии при условии, что в точке симметрии К напряжение основной частоты колебаний равно нулю. При таком типе возбуждения напряжения на диодах Д1 и Д2 противофазные для основной частоты колебаний и синфазные для второй гармоники.

Имеется принципиальная возможность синфазного возбуждения активных структур на основной частоте ®+, однако, анализ показывает, что ω+/ω. > 2, и возбуждение возможно только на частоте ω..

Смеситель был смонтирован на плате из кварца толщиной 100 μηι, Рис.1. Уровень выходной мощности гетеродина составлял 8 мВт при К. П. Д. около

1   % на частоте 140 ГГц, что было достаточно для работы ПМ-2. Измеренные потери преобразования смесителя составляют не более 15 дБ (SSB) в диапазоне частот сигнала 130-150 ГГц. Диапазон промежуточных частот 0-10 ГГц.

III.                                  Заключение

Был разработан приемный модуль в диапазоне

2   мм. Модуль состоит из балансного смесителя на последовательной паре ДБШ и монолитной интегральной схемы гетеродина, созданной на основе 1пР диодов Ганна.

В качестве ДБШ была использована монолитная последовательная пара ДБШ типа DBES105a, производства UMS. Предельная частота диодов составляет 2.4 ТГц при сопротивлении RS = 4.4 Ohm.

В качестве гетеродина была использована монолитная интегральная схема генератора, обеспечивающая уровень мощности в нагрузке 5-10 мВт при КПД около 1 %.

Измеренные потери преобразования ПМ-2 составили 15 дБ (SSB) в полосе входных частот 130- 150 ГГц.

IV.                           Список литературы

[1]  Косов А. С., Струков И. А. Эквивалентные параметры диода Ганна в двухчастотном режиме. – Радиотехника и электроника, 1978, том 25, N10, 2208-2211.

[2]  Косов А. С., Попов В. И., Струков И. А. Исследование возможности расширения частотного диапазона генераторов Ганна при помощи бигармонического режима. – Радиотехника и электроника, том XXV, N10, 1980, 2127-2135.

[3]  EkzhanovA. Е., Kosov А, S., Zotov V. А. Theoretical and experimental investigation of millimeter-wave InP Gunn-effect oscillator.- Proceeding of 20-th Int. European Microwave Conference, 10-14 Sept., Budapest, P7.15, 1990, 1782-1786.

2 mm WAVE LENGTH RECEIVER MODULE

Kosov A. S., Zotov V. A., Skulachev D. P.

Space Research Institute Russian Academy of Sciences, IKI

84/32, Profsouznaya ul., Moscow, 117997, Russia Ph.: (095) 3332267, e-mail: akosov@leee.org Vald-PerlovV. M.

Science & Production Enterprise «Pulsar»

GSP-5, Moscow, 105187, Russia Ph.: (095) 3665677

Abstract-The 2 mm wave length receiver module has been developed. It consists of Schottky diodes balance mixer and 1C of Local Oscillator. The mixer and the LO have been assembled into compact receiver module. The frequency band and output power of the LO 1C was 140-150 GHz and 5-10 mW, respectively. The mixer was developed on the basis of DBES105a series dual diode. Conversion losses of the mixer were less than 15dB (SSB) within the frequency band 140-150 GHz. The IF band was 0-10 GHz.

I.                                         Introduction

The compact receiver modules at upper part of mm wave length frequency band are applied in remote sensing, radio astronomy and many other fields. The main blocks of the receiver are the Schottky diode mixer and Local Oscillator. One of the LO solutions is the second harmonic InP Gunn diode oscillator. The investigations [1-3] had shown the possibility and high efficiency of the second harmonic InP Gunn Diode oscillations at 140-150 GHz frequency band. Based on the investigation the monolithic 1C of the LO has been designed.

II.                                        Main Part

The Photo of the receiver is shown in Fig.1. The signal waveguide has 1.6 x 0.8 mm dimensions. One can also see Dual Schottky diode and 1C LO on the photo.

The mixer was created on the basis of UMS dual diode, model DBERS105a. Dimensions and specification of the diode are presented in Fig.2 and Table 1, respectively.

The LO 1C was realized at the upper side of diode structure using polyimide coating as microstrip substrate. The oscillator circuit was push-pull circuit as is shown in Fig.3.

The 1C LO was made by integral heat sing technology. The epitaxial InP structures were n*-n-n* type with uniform n layer doping. Based on investigations [3] the n layer length and doping level were 1.5 цт and З Ю^^ст’^, respectively. The diode diameter was 30 цт. The current was 100 mA per diode.

The fundamental oscillation frequency depends on microstrip line length L according relation (1)

The mixer was assembled at 100 μτη thickness quartz substrate. The LO power level was 8 mWwith approx. 1 % efficiency at 140 GHz output frequency. The mixer conversion losses measured were less than 15 dB (SSB) within the frequency band 130-150 GHz. The IF frequency range was 0-10 GHz.

III.                                       Conclusion

The 2 mm wave length receiver module has been designed. The module consists of Schottky diode mixer and monolithic LO 1C, based on InP Gunn diodes.

The monolithic dual diode DBES105a with Rs = 4.4 Ohm and 2.4 THz cutoff frequency was used.

The output power of the LO 1C was 5-10 mW with 1 % efficiency.

The conversion losses measured were less than 15 dB (SSB) at signal frequency band 130-150 GHz.

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