Косів А С, Зотов В А, Скулачев Д П

Інститут Космічних Досліджень Російської Академії Наук (ІКД РАН) Профспілкова вул, Д84/32, м Москва, 117997, Росія тел: +7 (095) 3332267, e-mail: akosov@ieeeorg Вальд-Перлов В М

ГУН НПП «Пульсар»

ГСП-5, м Москва, 105187, Росія тел: (095) 3665677

Анотація – Розроблено приймальний модуль 2 мм діапазону довжин хвиль (ПМ-2), що складається з балансного змішувача на діодах з барєром Шоттки (ДБШ) і гетеродина на 1пр діодах Ганна Змішувач і гетеродин інтегровані в єдиний моноблок Для формування сигналу гетеродина розроблена монолітна інтегральна мікросхема генератора другої гармоніки, що забезпечує гетеродинний рівень потужності (5-10 мВт) в діапазоні 140-150 ГГц Змішувач створений на основі послідовної диодной пари типу DBES105a, виробництва UMS Виміряні втрати перетворення змішувача становлять не більше 15 дБ (SSB) в діапазоні частот сигналу 130-150 ГГц Діапазон проміжних частот 0-10 ГГц

I                                       Введення

II Основна частина

На Рис1 представлена ​​фотографія ПМ-2, на якому в центрі сигнального хвилеводу перетином

Рис 1 Фотографія ПМ-2 Fig 1 Photo of the receiver

Для вирішення завдань дистанційного зондування, радіоастрономії, радіовіденія потрібні прийомні компактні пристрої в короткохвильовій частині ММ діапазону довжин хвиль В основному такі пристрої будуються за супергетеродина схемою, що складається з перетворювача частоти на ДБШ і гетеродина Для придушення шумів гетеродина зазвичай застосовуються балансні схеми змішувачів, які з двох ДБШ, послідовно включених в хвилевід, і Полоскова лінії, по якій подається сигнал гетеродина і виділяється сигнал проміжної частоти (ПЧ) Ключовим питанням створення ПМ в короткохвильовій частині ММ діапазону довжин хвиль є формування сигналу гетеродина Найбільш простим гетеродином в мм діапазоні довжин хвиль є гетеродин на діод Ганна (ГДГ), однак гранична частота ГДГ на матеріалі GaAs становить близько 50 ГГц, а на матеріалі 1пр близько 100 ГГц Як показали дослідження [1-2], генерація другої гармоніки є ефективним методом розширення частотного діапазону ГДГ У справжній роботі основні зусилля були спрямовані на розробку гетеродина в діапазоні 140 – 150 ГГц Це завдання було вирішене шляхом створення монолітної інтегральної мікросхеми генератора другої гармоніки на базі 1пр діодів Ганна

1,6 X 0,8 мм встановлена ​​діодна пара ДБШ, праворуч видно ІС гетеродина

Змішувач створений на базі послідовної диодной пари типу DBES105a, виробництва UMS Зовнішній вигляд диодной пари представлений на Рис2, а параметри наведені в Таблиці 1

Рис 2 Послідовна діодна пара DBES105a Fig 2 Flip Chip series dual diode DBES105a

Табл 1 Параметри діодів Table 1 Diodes parameters

Rs (ohm)

Cjo (fP) (OV)

Cpar (fP)

Pco (THz)

44

95

58

24

Гетеродин був реалізований безпосередньо на активній структурі шляхом створення інтегральної схеми на Полиимид, покриваючому верхню поверхню активної структури і виконуючому роль діелектрика інтегральної схеми Схема генерації другої гармоніки була створена у вигляді балансної пари, зображеної на РісЗ

Рис 3 Монолітна ІС балансного генератора другої гармоніки

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

Активні структури створювалися за технологією інтегрального тепловідведення, використовуючи епітаксіальні 1пр структури типу п ^-п-п’ з однорідним профілем легування η області Дослідження [3] показали, що оптимальними довжиною і рівнем легування активної η області є значення 15 μηι и з ю’ ® cm ® відповідно Діаметр мезаструк-тур близько 30 μηι Ток близько 100 мА на структуру

Контур основної частоти утворюється відрізком Полоскова лінії П, що зєднує активні структури Д1 і Дг Довжина L Полоскова лінії вибирається зі співвідношення:

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

де: ω – Основна частота генерації Cd – ємність активної структури Zo – характеристичний опір мікрополоскової лінії Вг – діелектрична проникність полиимида L – довжина мікрополоскової лінії С – швидкість світла

Співвідношення (1) відображає умова резонансу, коли ємнісний імпеданс активної структури дорівнює по модулю індуктивному импедансу Полоскова лінії за умови, що в точці симетрії До напруга основної частоти коливань дорівнює нулю При такому типі збудження напруги на діодах Д1 і Д2 протифазні для основної частоти коливань і синфазні для другої гармоніки

Мається принципова можливість синфазного збудження активних структур на основній частоті ® +, однак, аналіз показує, що ω + / ω > 2, і збудження можливо тільки на частоті ω .

Змішувач був змонтований на платі з кварцу товщиною 100 μηι, Рис1 Рівень вихідної потужності гетеродина становив 8 мВт при К П Д близько

1 % На частоті 140 ГГц, що було достатньо для роботи ПМ-2 Виміряні втрати перетворення змішувача становлять не більше 15 дБ (SSB) в діапазоні частот сигналу 130-150 ГГц Діапазон проміжних частот 0-10 ГГц

III                                  Висновок

Був розроблений приймальний модуль в діапазоні

2 мм Модуль складається з балансного змішувача на послідовній парі ДБШ і монолітної інтегральної схеми гетеродина, створеної на основі 1пр діодів Ганна

В якості ДБШ була використана монолітна послідовна пара ДБШ типу DBES105a, виробництва UMS Гранична частота діодів становить 24 ТГц при опорі RS = 44 Ohm

В якості гетеродина була використана монолітна інтегральна схема, що забезпечує рівень потужності в навантаженні 5-10 мВт при ККД близько 1%

Виміряні втрати перетворення ПМ-2 склали 15 дБ (SSB) в смузі вхідних частот 130 – 150 ГГц

IV                           Список літератури

[1] Косів А С, Струков І А Еквівалентні параметри діода Ганна в двохчастотному режимі – Радіотехніка та електроніка, 1978, том 25, N10, 2208-2211

[2] Косів А С, Попов В І, Струков І А Дослідження можливості розширення частотного діапазону генераторів Ганна за допомогою бігармонічного режиму – Радіотехніка та електроніка, тому 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, P715, 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@leeeorg Vald-PerlovV M

Science &amp 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 Fig1 The signal waveguide has 16 x 08 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 Fig2 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 Fig3

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 15 ЦТ and З Пд ^ ^ 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 = 44 Ohm and 24 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

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р