і м Аболдуев, В М Вальд-Перлов, В В Вейц, А М Зубков, Г 3 Гарбер, В М Міннебаев ФГУП НПП «Пульсар» м Москва, Окружний пр 21, 105 187, Росія факс 095-366-55-83, e-mail: pulsar@dolsu

Анотація – Представлені результати моделювання, оптимізації та виготовлення копланарной МІС широкосмугового (2 .. 18 ГГц) обмежувача потужності на GaAs pin діодах Обмежувач має вносяться втрати на малому сигналі менш 03 дБ, вихідну потужність не більше 100 мВт при вхідної потужності 1 Вт і може бути використаний в якості пристроїв захисту вхідних ланцюгів мало-шумлячих підсилювачів

I                                       Введення

Рис 2 Завдання на електромагнітне моделювання МІО

в системах радіолокації, звязку та навігації вхід приймального пристрою повинен бути захищений від впливу синхронних і несинхронних перешкод, що призводять як до тимчасової втрати працездатності, так і до виходу з ладу вхідних пристроїв приймального каналу Як пристрої захисту використовуються обмежувачі потужності Ці пристрої повинні характеризуватися мінімальними змінами, що вносяться втратами прийнятого СВЧ сигналу, так як ЦІ втрати безпосередньо збільшують коефіцієнт шуму приймача

Дана робота є продовженням роботи

[1] Ставилося завдання створення монолітної інтегральної схеми (МІС) обмежувача НВЧ потужності, що вносить мінімальні втрати малого сигналу в максимально широкому діапазоні частот

II                              Проектування

Puc 3 Залежність внесених втрат МІО обмежувача від частоти

Fig 3 Small signal insertion loss of the limiter MMIO vs frequency

Fig 2 information for the MMiO EM analysis

в якості вихідного матеріалу для виготовлення МІС обраний арсенід галію (GaAs) Переваги GaAs pin діодів для обмежувачів НВЧ потужності сформульовані в роботі [1] Для мінімізації паразитного впливу елементів підключення діодів в схему на роботу обмежувача обраний варіант МІС, побудований на відрізках копланарних хвилеводів Електрична схема МІС показана на рис 1

Рис 1 Електрична схема МІС

Fig 1 ММ 10 circuit

З тією ж метою зменшення втрат в якості підкладки обрана досить товста (400 мкм) пластина високоомного (> Ю ^ Ом см) GaAs Вихідна епітаксіальна структура МІС містить шари п , р ^ Pin діоди побудовані на переходах круглої форми діаметром 38 і 28 мкм і мають ємність

0 08 і 004 пФ, відповідно Діаметри переходів задаються шляхом селективного травлення р ^ і п областей Для зменшення паразитного опору діодів використовується технологія самосовмещенія

Для ізоляції діодів ВІД інших елементів схеми використовується іонна бомбардування Двошарова металлизация в місцях включення діодів в копланар-ний хвилевід використовує 2-мкм шар фоточувстві-тельного полиимида

Показані на рис 1копланарние хвилеводи W1 і W3 мають хвильовий опір 50 Ом Після вибору параметрів діодів проектування МІС звелося до оптимізації ширини центральних Полосков хвилеводів, довжини і хвильового опору хвилеводу W2

При оптимізації МІС на малому сигналі використовувалася система програм «Microwave Harmonica» Для аналізу роботи схеми при подачі на вхід великий ПОТУЖНОСТІ під ФГУПНПП «Пульсар» були розроблені програми DIPIND і FOMOPL, засновані на дифузійно-дрейфовой моделі pin діода Оцінка залежності від частоти вихідної потужності обмежувача при подачі великого сигналу проводилася за допомогою системи «Microwave Office» Остаточне доведення розмірів МІС проводилася з використанням системи електромагнітного моделювання інтегральних схем «Sonnet Suite»

Остаточна топологія МІС, закладена в систему електромагнітного моделювання, показана на рис2

Інформація для електромагнітного моделювання містить креслення кристала МІС і переходи з копланарних ліній на мікрополоскі, розміщені на вході і виході аналізованого пристрою Результат моделювання демонструє рісЗ

Видно, що моделювання пророкує втрати на малому сигналі менш 035 дБ в діапазоні частот

2 . 18 ГГц

III                                    Вимірювання

Кристали МІС обмежувача мають розмір

16 X 23 мм Вони встановлювалися в розрив між мікрополоскові платами і зєднувалися з ними золотими дротами, як показано на рис 2 Земляні смужки копланарних ліній заземлюючих через металізовані торці мікрополоскових плат Кількість і розміри золотих дротів точно відповідають рис2

Плати і кристали розміщувалися на позолоченому фрезерувати підставі МД-40 Вхідна і вихідна плата виготовлені з AI2O3толщіной 0,5 мм

Випробовувалися два типи кристалів МІС обмежувача: з двома однаковими діодами на вході і виході діаметром 38 мкм і з трьома діодами (див рис2) В останньому випадку на вході МІС паралельно вкпючени два діода діаметром 28 мкм, а на виході один діод діаметром 38 мкм Передбачається, що МІС обмежувача з трьома діодами повинні витримувати більшу потужність через менший теплового опору вхідних діодів

Вимірювання на малому сигналі проводилися в діапазоні частот 8 .. 18 ГГц Втрати, що вносяться двухдіоднимі МИС не перевищували 02 дБ, а трехдіоднимі МИС-03 дБ

Реакція МІС на великий сигнал досліджувалася на частоті 95 Ггц при зміні вхідної потужності до 1 Вт Результати вимірювань для трехдіодних МІС показані на рис4 Також, як і в роботі [1], при зміні рівня вхідної потужності (збільшення або зменшення) спостерігається зміна виду вихідної характеристики типу «гістерезис» Зіставлення даних вимірювань з результатами моделювання (рис4) дозволяє припустити, що скачок з верхньої гілки характеристики на нижню може бути повязаний з перебудовою вбудованого потенціалу діода (Vb): мабуть величина Vb зменшується через накопичення електронів і дірок у п-шарі діода

Як видно з рис 4 вихідна потужність обмежувачів на частоті 95 ГГц не перевищує 100 мВт Розрахунки за програмами «IVIicrowave Office» показують, що зі збільшенням частоти вихідна потужність повинна падати

IV                                  Висновок

Розроблено МІС обмежувача потужності для захисту приймачів, наприклад, в системах багатоканальних підсилювачів потужності з різко мінливими рівнями вхідного сигналу Обмежувач збільшуватиме коефіцієнт шуму приймачів на величину, меншу 03 дБ

Рис 4 Виміряні і розраховані характеристики трехдіодного обмежувача на частоті 95 ГГц відкриті значки – збільшення Рвх, закриті та хрестики – зменшення Рвх трикутники і хрестики – результати моделювання

Fig 4 Measured and simulated parameters of 3-diodes power Limiter at 95 GHz open points – increase of Pin, close points and crosses- decrease of Pin triangles and crosses – simulated response

ULTRA-LOW SMALL SIGNAL INSERTION LOSS COPLANAR MMIC OF THE BROADBAND POWER LIMITER

I          M Abolduyev, V M Vald-Perlov, V V Veits,

G Z Garbetr, A M Zubkov, V M Minnebaev SRI «Pulsar»

Okrugnoi pr, 27, Moscow, 105187, Russia fax: 095-366-55-83, e-mail: pulsar@dolsu

Abstract – Presented in this paper are the results of simulation, optimization and fabrication of GaAs coplanar MMIC of the p-i-n diodes power limiter with small signal insertion loss lower than 03 dB and power limit level less than 100 mW at the input power 1 W within the frequency band up to 18 GHz The MMIC can be used in order to protect input low noise amplifiers, increasing receiver noise figure less than 03 dB

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