Радченко В В, Радченко А В

ФГУП «ЦНІРТІ ім академіка А І Берга »вул Нова Басманная, 20, м Москва, 105066, Росія тел: +7 (495) 263-95-22, e-mail: optimizer@mailru Бутерін А В

ЗАТ НВЦ «Алмаз-Фазотрон»

1,                                        вул Панфілова, м Саратов, 410033, Росія тел: +7 (8452) 479-933, e-mail: ruletka88@mailru

Анотація – Представлені результати проектування і виготовлення монолітної схеми широкосмугового чотирирозрядний фазовращателя, призначеного для застосування в активних фазованих антенних решітках (АФАРСЬКА) Х-діапазону

I                                       Введення

Дискретний фазовращатель (ФВ) є важливим елементом багатофункціональних модулів АФАРСЬКА Застосовувані в АФАРСЬКА ФВ повинні забезпечувати виконання низки вимог: мінімальні габаритні розміри, мінімальні керуючі струми і напруги, високу швидкодію, широка смуга робочих частот

Рис 1 Топологія 3 дБ СНТ

Fig 1 3dB compact directional coupler (CDC) topology

У більшості конструкцій ФВ, виконаних на підкладці з арсеніду галію використовуються перемикані фільтри верхніх і нижніх частот, недоліком яких є складність реалізації розрядів 180 і 90 град Рідше використовуються конструкції на основі спрямованих відгалужувачів (ПЗ) і мостів Ланге, основними проблемами при використанні яких є – виготовлення самих мостів з необхідними топологічними розмірами і забезпечення в них мінімального рівня внесених втрат Застосування підкладки з арсеніду галію завтовшки 200 мкм дозволяє зменшити втрати в мостах Ланге до прийнятних величин, але на таких пластинах погано формуються наскрізні отвори

У нашій конструкції була використана топологія згорнутого спрямованого відгалужувачі (СНО) на підкладці з арсеніду галію завтовшки 100 мкм, який має менші поздовжні розміри і втрати, ніж АЛЕ на основі моста Ланге

Проектування ФВ було виконано з використанням параметричної оптимізації в електростатичної системі компютерного моделювання (СКМ) MIC Optimizer 0 На заключному етапі проектування отримана топологія уточнювалася з використанням програм електродинамічного моделювання

II                               Основна частина

Граничні габаритні розміри розробленого СНТ на підкладці з GaAs товщиною 100 мкм складають 0,7 x0, 9 мм (див рис 1) Ширина смужка 50 мкм, зазор між смужками 10 мкм Розрахункові втрати в смузі 6 .. 12 ГГц не більше 0,4 дБ, КСХН входу / виходу не більше 1,5 Виміряні втрати в СНТ не перевищували 1 дБ

У розряді ФВ на 180 ° використовується властивість 3-х децибельних АЛЕ зрушувати фазу на 180 ° при зміні навантажень у вихідних плечах з холостого ходу (XX) на коротке замикання (КЗ) У схемі (див рис 2) КЗ моделюється послідовним LC-контуром, налаштованим на частоту 10 ГГц, а XX – паралельним LC-контуром, налаштованим на ту ж частоту [2] Для управління використовувалися 600 мкм польові транзистори з барєром Шотки (ПТШ) При моделюванні належало, що ПТШ в закритому стані мають ємність порядку 0,12 – 0,13 пФ, а у відкритому

– опір близько 5 Ом Коли всі ПТШ закриті, втрати в каскаді мінімальні і рівні втрат у СНТ (близько 0,5 дБ) При відкритих ПТШ втрати в каскаді зростають до 3 дБ Для вирівнювання втрат використовується шунтування индуктивностей опорами по 750 Ом

Puc 2 Електрична схема каскаду 180 градусів

Fig 2 180° phase bit topology

У розрядах 22,5, 45 і 90 градусів використані комутовані ємнісні подільники С1 і С2, СЗ і С4 (див рис 3) Мікрополоскові лінії W2 і W3 служать для вирівнювання фази в плечах Резистори R1 і R2 забезпечують вирівнювання послаблень у різних фазових станах

Рис 3 Електрична схема каскадів ФВ 22,5, 45 і

90 градусів

Fig 3 90°, 45° and 225° phase bit topology

Частота, ГГц

Рис 5 Характеристики ФВ в діапазоні 4 – 14 ГГц

Перевагою використаної схеми управління є однополярної харчування

Загальний вигляд розробленої конструкції ФВ наведено на рис 4 Експериментальні зразки арсенідгалліевой монолітної схеми ФВ розміром 4x2x0, 125 мм ^ виготовлені в дослідному виробництві ЗАТ НВЦ «Алмаз-Фазотрон» Дослідження експериментальних зразків показали, що ФВ забезпечує управління фазою НВЧ сигналу в діапазоні

6 – 12 ГГц при рівні внесених втрат не більше 10И1 дБ

Рис 4 Загальний вид топології 4-х розрядного ФВ Fig 4 General view of 4-bit phase shifter MMIC topology

Ha рис 5 наведені розрахункові та експериментальні характеристики внесеного фазового зсуву (1 – 22,5 °, 2 – 45 °, 3 – 90 °, 4 – 180 °, 5 – 337,5 °, точки експериментальні значення, суцільна лінія – розрахунок) Середньоквадратичне помилка установки фазового зсуву розрядів склала не більше 10 град, в смузі функціонування 6-12 ГГц Відносно високі втрати ФВ можна пояснити недосконалістю використовуваних ключових ПТШ Наприклад, при зниженні опору відкритого каналу ПТШ до 3 0м розрахункові вносяться втрати зменшувалися на 3 дБ

Fig 5 Measured and calculated phase shifter performance at 4^14 GHz

III                                   Висновок

Представлені результати розробки і виготовлення широкосмугового чотирирозрядний фазовращателя, призначеного для застосування в АФАРСЬКА X-діапазону ФВ виготовлений у вигляді арсенідгалліевой монолітної схеми розміром 4x2x0, 125 мм ^ В якості ключових елементів використані ПТШ з шириною затвора 600 мкм ФВ забезпечує управління фазою НВЧ сигналу в діапазоні 6-12 ГГц при рівні внесених втрат не більше 10 дБ

IV                               Список літератури

[1] Радченко В В Аналіз та оптимізація характеристик активних і пасивних мікрополоскових НВЧ-пристроїв на персональних ЕОМ / / Електронна техніка Сер 1 Електроніка НВЧ – 1995 – Вип 2 – С 45 — 53

[2] Miyaguchi К and all An Ultra-Broad-Band Reflection-Type Phase-Shifter MMIC With Series and Parallel LC Circuits / /

IEEE trans on MTT, Vol 49, No 12, 2001 – Pp 2446 – 2451

BROADBAND MONOLITHIC PHASE SHIFTER FOR X-BAND PHASED ARRAY

V                         Radchenko, A Radchenko

FSUE CNIRTI 20, Novaya Basmannaya St, Moscow, 105066, Russia Ph: +7(495)-263-95-22, e-mail: optimizer@mailru

A                                            Buterin

CJSC Research and Manufacturing Center «ALMAZ-FAZATRON»

1,                PanfilovSt, Saratov, 410033, Russia Ph: +7(8452)-479-933, e-mail: ruletka88@mailru

Abstract — Presented in this paper are design and performance of an integrated circuit for broadband 4-bit monolithic microwave (MMIC) digital attenuators Extensive electromagnetic simulation and compact circuit design techniques have been applied in order to yield MMIC with 4x2x0,125 mm^ dimensions MESFET have been used as key elements Peri^ormance of the digital attenuator measured at 6-12 GHz demonstrates 10 dB insertion loss and 10 rms phase error

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