Карушкін Н Ф, Симончук В І, Оріхівський В А Науково-дослідний інститут «Оріон» вул Ежена Потьє 8а, м Київ, 03057 тел: (044) 456-48-87, факс (044) 456-48-87, e-mail: Viadimiror@ukrnet

Анотація – Наведено результати досліджень по створенню двохканальних перемикачів та широкосмугових фазовра-щателей в міліметровому діапазоні довжин хвиль

I                                       Введення

Розробка керуючих НВЧ-пристроїв повязана з вирішенням досить різноманітних і суперечливих наукових і технологічних проблем Пристрої повинні мати два розрізняються робочих режиму

– пропускання та замикання СВЧ-сигналу Істотну роль при цьому відіграють вимоги широкополосности, малих внесених втрат в одному з режимів і високої розвязки в іншому режимі Важливу роль грає вимоги малого часу переходу кпючевого елемента з високоімпедансное стану в нізкоімпендансное Це час залежно від призначення керуючого пристрою не повинен перевищувати одиниці наносекунд або декількох мікросекунд При цьому важко переборним є протиріччя між швидкодією і робочою потужністю

У даній роботі розглядаються пристрої для зміни фази і перекпюченія СВЧ-потужності з використанням pin діодів зосередженого і розподіленого типів

II                              Основна частина

Основою для створення двохканальних перекпю-отримувача (рис 1а) є хвильове вставки, що містять діоди зосередженого або розподіленого типу У хвилеводних вставках застосована балочна схема вкпюченія діодів, зображене на мал 16

Рис 1 (Б)

Рис 1 (Б)

Зсув на діодах подається за коаксіальної лінії Pin-діоди зосередженого типу змонтовані в рубінові втулки, металізовані по торцях 1/1звестно, що таке корпусування діодів підвищує експлуатаційні характеристики, але обмежує їх застосування в міліметровому діапазоні через ємності корпусу шунтової pin структуру

У діапазоні частот 8-26 ГГц втрати у відкритому стані становили = 0,7 дБ

У діапазоні частот 92-96 ГГц двоканальний хвилеводний перемикач забезпечує втрати у відкритому стані 1,7 дБ при розвязці між каналами більше 20 дБ Час перемикання складає -10-15 НС

З метою збільшення розвязки меду каналами до 60 дБ в каналах перекпючателя установлюються додаткові хвильове вставки, що містять діоди розподіленого типу Таке включення збільшило втрати перекпючателя в робочій смузі до 2 дБ

Для керуючих НВЧ-пристроїв в гібрідноінтегральном виконанні застосовуються безкорпус-ні швидкодіючі pin-діоди з балочними висновками

При конструюванні таких діодів використовуються епітаксіальні кремнієві структури з високоомним шаром (р = 20н-100 Омхсм), вирощеному на моно-кристалічної підкладці з питомим опором менше 10 ® Омхсм Зниження опору внесеного підкладкою досягається зменшенням її товщини методами хімічної та електрохімічної обробки Ефективний спосіб створення pin структур заснований на використанні пластини моно-кристалічного кремнію з питомим опором р = 100н-500 Омхсм, з яких методом хімікодінаміческого травлення формується тонкий шар з високою рівномірністю по товщині Перевагою способу є звільнення високоомного шару від підкладки і можливість формування тонких областей донорного (п “) і акцепторного (р “) типу провідності на протилежних сторонах пластини методом одночасного легування

В якості лінії передачі енергії знаходять застосування хвилеводно-щілинні лінії передачі (fin-line), що вдало поєднують геометрію прямокутного хвилеводу з планарної конструкцією і технологією вбудованих в хвилевід металізованих діелектричних підкладок

Завдяки властивості щілинної лінії локалізувати електромагнітне поле в центральній частині хвилеводу вздовж ребер щілини зявилася можливість у хвилеводних конструкціях НВЧ-пристроїв застосувати елементи гибридно-інтегральної технології аж до субміліметрового діапазону довжин хвиль

Слабка дисперсійна залежність параметрів хвилеводно-щілинний лінії (ВЩЛ) робить можливим створення керуючих НВЧ-пристроїв з смугою пропускання більше 40% У теж час розміри діодного корпусу в цьому діапазоні стають порівнянними з довжиною хвилі Тому становить інтерес можливість поліпшення характеристик модулятора в діапазоні частот за рахунок трансформації вхідного імпедансу до клем диодной структури через діелектричну стінку корпусу При цьому доданий корпус розглядається у вигляді радіальної лінії, навантаженої на диодную структуру

Величина і характер імпедансу радіальної лінії, що приводиться до клем диодной структури, визначається виразом:

де: С ((х, у) – великий радіальний котангенс

де: λ-довжина хвилі у вільному просторі, ε-діелектрична проникність матеріалу втулки,

г – зовнішній радіус втулки

Го – внутрішній радіус втулки, h – висота втулки

Режим пропускання потужності СВЧ забезпечується при позитивному зсуві і за умови реалізації на кпеммах діода паралельного резонансу, діапазон частот якого задається вибором індуктивної провідності монтажу діода і проведеної до діода ємнісний провідності радіальної лінії

Режим замикання потужності СВЧ може бути реалізований за рахунок власного послідовного резонансу діода У загальному випадку оптимізація режиму замикання вимагає включення послідовно з діодами реактивного опору, яким може служити короткозамкнутий відрізок коаксіальної лінії

Характерною особливістю таких хвилеводних вставок (одноканальних перемикачів) є відображення СВЧ-потужності в режимі замикання

Розроблені хвильове двоканальні перемикачі із застосуванням описаних вище хвилеводних діодних вставок в діапазоні 28-40 ГГц забезпечують перемикання імпульсної НВЧ-потужності з рівнем 2,5 кВт за час не більше 1 мкс

Тривалість СВЧ-імпульсу і шпаруватість СВЧ-сигналів передавача становили 2,5 мкс і 100 відповідно, втрати перекпючателя у відкритому стані не більше 1,5 дБ, розвязка між каналами більше 20 дБ

З використанням такої лінії розроблено оригінальний широкосмуговий фазообертач на два положення 0 π Конструкція фазовращателя прохідного типу містить два pin-діода, включених на вході кільцевого моста щілинної лінії, встановленої в хвилеводі регулярного перетину Фазовращатель забезпечує втрати пропускання не більше

2 дБ в робочій смузі 28-40 ГГц при рівні амплітудної модуляції не більше 0,3 дБ з точністю установки фази ± 3 ° Час перемикання стану не більше 15 ні

III                                  Висновок

з використанням діодів зосередженого типу, діелектричний корпус яких вибраний спеціальним чином, створені двоканальні перекпю-отримувача міліметрового діапазону Використання щілинних ліній з діодами балочного типу дозволяє створювати широкосмугові і компактні фазовращателі

MILLIMETER-WAVE CONTROL P-I-N-DEVICES

Karushkin N Р, Simonchuk VI, Orehovski VA

Research Institute «Orion»

E Pautier str 8a, Kyiv, 03057 Ph: (044) 456-48-87, fax: (044) 456-48-87 e-mail: Vladimir_or@ukrnet

Presented in this paper are the results of design of millime- ter-wave double-pole single-throw switches and broadband phase shifters Microwave solid-state components on the basis of pin-diodes for modulation switching and phase shifting are considered Experimental parameters and characteristics of the components in the operating frequency band are given

In particular, millimeter-wave double-pole single-throw switches with concentrated type diodes within special dielectric package are designed Fin-line transmission lines successfully combining geometry of rectangular waveguide with co-planar design and built-in dielectric substrates technology are used

Small dispersion dependence of fin-line transmission line parameters and beam-lead p-i-n-diodes allows the development of compact control devices with more than 40 % bandwidth

Communicating type phase shifter design includes two p-i- n-diodes mounted at the input of circular bridge of fin-line set in the waveguide with regular cross-section The phase shifter provides insertion loss no more than 2 dB within operating frequency band 28-40 GHz at amplitude modulation level no more than 0,3 dB and phase setting accuracy ± 3 with switching time no more than 15 ns

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