Толстолуцький с і, Попов М А, Толстолуцький А В, Лі А І, Казачков В В Ростовський НДІ радіозвязку вул Нансена, 130, м Ростов-на-Дону, 344038, Росія тел: (863) -2340133

Анотація – Представлені результати розробки твердотільного СВЧ фазовращателя, виготовленого у вигляді монолітної інтегральної схеми на арсеніді галію розміром 3,2 x1, 7×0, 125 мм ^ Досліджено характеристики в широкому діапазоні частот У діапазоні частот 3-4,5 ГГц отримані вносяться втрати менше 3,0 дБ при зміні фази на 45 ° (на частоті 4,5 ГГц) і КСХН не більше 2,4

I                                       Введення

При розробці фазовращателей на переклю-одержуваних відрізках фазосдвигающих ланцюгів за технологією гібридних інтегральних схем за рахунок технологічних допусків і розкиду параметрів навісних елементів виникають труднощі з реалізацією малих фазових дискретов Крім того, втрати в комутаційних елементах призводять до погіршення коефіцієнта передачі на 2-3 дБ на кожній фазосдвигающей комірці, що робить актуальною завдання розробки плавного твердотільного фазовращателя, виготовленого за технологією монолітних інтегральних схем, що забезпечує високу стабільність і відтворюваність параметрів

Метою роботи є розробка та експериментальне дослідження характеристик плавного електрично керованого фазовращателя, що працює в діапазоні частот 3-4,5 ГГц і забезпечує зміна фази ДО 45 ° (на частоті 4,5 ГГц)

II Проектування та виготовлення

Для вирішення поставленого завдання обрана схема на основі квадратурного трехдецібельние спрямованого відгалужувачі (КНО), два плеча якого навантажені через високоомні відрізки лінії передачі на варикапи у вигляді діодів Шоттки з електрично керованою ємністю переходу (див [1] і [2]) Принципова схема представлена ​​на рис1

Рис 1 Принципова електрична схема

Fig 1 Electrical circuit

Для розширення динамічного діапазону варикапи виконані у вигляді зустрічно включених діодів В якості КНО обраний ответвитель Ланге

Для виготовлення обрана епітаксіальна структура арсеніду галію з концентрацією носіїв у п-шарі З Пд ^ ^ см ^ Розмір кристала – 3,2 x1, 7χ

0,         125 мм ^ Контактні майданчики входу, виходу і заземлення орієнтовані на проведення вимірювань

S-параметрів безпосередньо на пластині Відгалужувач Ланге має ширину смужок 10 мкм і зазори

– 15 мкм Аноди ДІОДІВ Шоттки формувалися вакуумним напиленням золота товщиною 0,3 мкм з подслоем титану методом вибуховою літографії Ширина анодів – 2,0 мкм Катодні омические контакти формувалися вакуумним напиленням композиції AuGe / Ni / Au

Рис 2 Мікрофотографія фазовращателя

Fig 2 Photomicrograph of MMIC

3,5 Для подачі керуючого напруги на аноди ДІОДІВ Шоттки на кристалі передбачені напівпровідникові резистори опором 2,5 кОм Резистори сформовані у вигляді Меза-структур з епітаксіального шару арсеніду галію Поверхня діодів Шоттки захищена шаром двоокису кремнію ТОВЩИНОЮ 0,4 мкм Цей же шар використовується і як межуровневом ізоляції розводки на кристалі при виготовленні перемичок в КНО Металізація розводки формувалася вакуумним напиленням золота товщиною 0,6 мкм Всі резистори виготовлялися в єдиному технологічному циклі з діодами Шотткі і захищені плівкою двоокису кремнію Після виконання всіх операцій з лицьового боку вироблялося хімікодінаміческое утонение підкладки до 125 мкм з наступним поділом на кристали За описаної технології була виготовлена ​​дослідна партія МІС СВЧ фазовращателей Мікрофотографія кристала фазовращателя представлена ​​на рис2

Рис 3 Мікрофотографія фрагмента фазовращателя з діодом Шотткі

Fig 3 Photomicrograph of Shottky diode

Для зниження послідовного опору ДІОДИ Шоттки виконані у вигляді мультіанодних структур Загальна площа анодного контакту кожного діода вибиралася з умови забезпечення необхідної ємності (0,6 пФ при напрузі Про В) Мікро

фотографія фрагмента МІС фазовращателя з діодом Шотткі наведена на рісЗ

Рис 6 Залежність КСХН МІС від частоти при керуючих напругах від Про до -5 В Fig 6 VSWR vs phase shift

Fig 5 Insertion loss

Рис 5 Амплітудно-частотні характеристики МІС при керуючих напругах від Про до -5 В

Рис 4 Частотні характеристики зсуву фази МІС при керуючих напругах від Про до -5 В

Fig 4 Phase characteristics

Використання структур арсеніду галію з тонким активним шаром на полуізоляторе не є оптимальним з погляду забезпечення мінімальних втрат, однак дозволяє отримати високий коефіцієнт перекриття по ємності і в перспективі інтегрувати комутовані фазосдвигаючі осередку з використанням в якості ключових елементів польові транзистори з барєром Шоттки

Вимірювання S-параметрів виготовлених МІС СВЧ фазовращателей проводилося на зондовой станції РМ-5 (Suss Microtec) за допомогою векторного аналізатора ланцюгів Anritsu MS4623B в розширеному діапазоні частот 3-6 ГГц Результати вимірювань представлені на рис4-6

Аналіз результатів показує, що при зміні керуючого напруги від Про до -5 В може бути досягнуто зміна фази сигналу до 90 ° на частоті 6 ГГц При цьому вносяться втрати складають не більше 8 дБ, а КСХН – не більше 2,7 У смузі частот ВІД Здо 4,5 ГГц фазовий зсув не перевищує 50 °, але зате при цьому можуть бути отримані втрати не більше 3 дБ при КСХН – не більше 2,4

IV                                       Висновки

4,5 Розроблено та виготовлено плавний твердотільний НВЧ фазообертач для діапазону частот 3ГГц, що забезпечує при зміні керуючого напруги від Про до -5 В фазовий зрушення від 0 ° до 45 ° (на частоті 4,5 ГГц), коефіцієнт передачі не менше -3 дБ і КСХН не більше 2,4

Теоретичний аналіз МІС СВЧ фазовращателя показує, що вносяться втрати можуть бути значно знижені, а частотний діапазон розширений за рахунок використання епітаксійних структур арсеніду галію з оптимізованим профілем легування

V                           Список літератури

[1] Dawson D Е, Conti А L, Lee S Н et al An analog X-band phase shifter – IEEE Microwave and Millimeter-wave Monolithic Circuits Symp, New York, 1984, pp 6-10

[2]   RFICand MMIC design and technology Edited by

I     D Robertson and S Lucyszyn — The Institution of Electrical Engineers, 2001

30-45 GHz GaAs MMIC VARIABLE PHASE SHIFTER 0-45°

Tolstolutsky S I, Popov M A, Tolstolutskaja A V, Lee A I, Kazatchkov V V

Research Institute of Radiocommunications 130, Nansen str, Rostov-on-Don, 344038, Russia

Abstract – 30 to 45 GHz microwave monolithic variable shifter with dimensions 3,2×1,7×0,125 mm^ has been developed VSWR better than 24, insertion loss 30 dB, phase shift 0-45° have been obtained

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