Бабунику С. А.1, Орлов О. С.2 ЗАТ НВП «Салют-27» 2ФГУП «Салют», 603950, Росія, Нижній Новгород, вул. Ларіна, 7

Анотація Розглянуто питання створення універсальних базових структур і компонентів для СВЧ модулів в гібридно-інтегральному виконанні. Обговорюються фізичні, техніко-економічні аспекти та обмеження на шляху мініатюризації та інтеграції компонентів СВЧ модулів. Наводяться конкретні приклади їх реалізації. Розглядаються подальші перспективи розвитку напрямку.

I. Вступ

При створенні приладів НВЧ в даний час основне місце відводиться схемам, виготовленим по гібридно-інтегральної технології. ГІС СВЧ, що знайшли широке застосування ще на початку 70х років, створюються на основі групової збірки. Невисока надійність модулів відмови в паяних конструкціях, неприпустимі габаритно-вагові показники для застосування в портативної і бортової апаратури, висока вартість виготовлення, широке використання операцій, що не допускають автоматизації все це добре відомі недоліки ГІС. Можна відзначити, що проектування ГІС НВЧ і компоновка модулів до цих пір проводиться відповідно до методології друковано-Полоскова технології.

II. Основна частина

Використання принципів монолітної технології проектування: інтеграція активних і пасивних компонент в складі однієї мікросхеми СВЧ (субмодуля), гранична мініатюризація схем та окремих елементів, широке використання принципу базового проектування (створення універсальних субблоків) дозволяє в принципі перейти на новий елементний рівень розробки і проектування РЕА СВЧ [1, 2]. Монолітноінтегральние схеми СВЧ (МІС) виконуються в єдиному циклі з виготовленням, як струмоведучих провідників, пасивних компонентів, так і активних елементів схем. При цьому досягається максимально можлива щільність упаковки компонентів. Однак існують проблеми, які значною мірою перешкоджають переходу на монолітно-інтегральні схеми в СВЧ діапазоні:

По-перше, це науково-методологічна. Вона передбачає аналіз фізичних обмежень при створенні МІС СВЧ залежно від функціонального призначення пристрою, діапазону і смуги робочих частот, допустимої потужності, що розсіюється, втрат, швидкості обробки сигналу і т. п. Проблема досить докладно висвітлена нами в літературі [2].

По-друге схемно-технологічна проблема. Вона передбачає вишукування досить простих і надійних способів створення основних технологічно сумісних компонентів мікросхем: активних і пасивних елементів ланцюгів. Нагадаємо, що підвищення коефіцієнта інтеграції Доі монолітноінтегральной схеми [1] передбачає, що активні і пасивні компоненти МІС СВЧ виконуються у вигляді єдиної схемоструктури. Таким чином, МІС є функціонально закінченим пристроєм, спроектованим відповідно до принципу функціональної інтеграції. Реалізація цього принципу зустрічає особливі труднощі при створенні схем у відносно низькочастотному діапазоні, де пасивні елементи розподіленого типу мають неприпустимо великі розміри, а навісні елементи (конденсатори, індуктивності) характеризуються невисокою добротністю. Цікаво відзначити, що при переході до коротких хвилях в міліметровому діапазоні часто з’являються нетрадиційні схемно-конструктивні рішення, характерні для МДС СВЧ [3, 4].

Застосування гібридно-інтегральних схем на 3-х міліметрах і в КВЧ недоцільно через низьку добротності несиметричною МПЛ, високої дисперсії фазових швидкостей, великих втрат. Тут оптимальними з точки зору внесених втрат, простоти монтажу навісних елементів, невзаємних пристроїв, технологічності виготовлення і вартості готових модулів є полоськовая лінія підвищеної добротності і діелектричний щілинний хвилевід (рис. 1 а і б).

Since the attenuation constant am in the waveguide with

semiconductor structure according to (1) depends on the magnetic field magnitude, then the power passed through the waveguide with epitaxial structure, changes in the magnetic field.

To increase the power difference of the microwave signals in the load with and without magnetic field we use the experimental scheme, shown in Fig. 1, in which the coherent signals subtraction mode is realized in the scheme on the base of microwave semiconductor oscillator [3, 4].

The amplitude-frequency y(x) and phase-frequency cp(x) characteristics of synchronized semiconductor oscillator are described by the equations [5]:

у {(у ~1)2 +x2)=F , tg(p = (4).

y-l

The expression, which connects the attenuation constant a(B) for the arbitrary magnitude of the magnetic field with the power PL{B) of the microwave signal in the load on the frequency corresponded to the minimum of power-frequency characteristic, is:

The measurement of the power of microwave signals in the load in the scheme under investigation with (PL(B)) and without (Pl(B=0)) magnetic field allows us with the use of (9) to calculate the attenuation constants a(B) and a(0) and, using (1), to determine the free charge carriers mobility // in the semiconductor epitaxial structure.

III.  Experiment

During the experimental investigations in one of the arms of the bridge circuit (see Fig. 1) the synchrosignal source (microwave oscillator G4-83) was placed, and in the other arm a Gunn-diode oscillator was placed. At the out of the bridge circuit the synchrosignal and the Gunn-diode output signal were summarized on the common load. The resultant signal was observed on S4-27 spectrum analyzer and M3-51 power meter.

The Ga / \ s-structure (high-alloy epitaxial layer л-type a 0.22 mkm thickness on the low-alloy substrate a 300 mkm thickness) was placed in the rectangular metallic waveguide in the center of cross-section. The magnetic field was directed normally to the semiconductor epitaxial structure.

At the constant synchrosignal frequency the impact of the magnetic field of 0.4 tesla, which produces insignificant ~0.5 dB change of the output signal of the synchronized oscillator, results in the significant (up to 20 dB) change of the power Pi{B) of the resultant signal in the common load.

IV.  Conclusion

Synchronized semiconductor microwave oscillators had been experimentally investigated in the signals subtraction scheme and theoretically described in this paper. The possibility of considerable increase of the sensitivity of the microwave magneto-resistance method for carrier mobility measuring with the use of the scheme on the basis of synchronized semiconductor microwave oscillators had been shown.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.