Введение к работе
Актуальность темы.
Современное развитие СВЧ техники характеризуется переходом от традиционного исполнения на базе волноводов к конструкциям полоскового типа, использующим технологию пленочных гибридных микросхем, что позволяет существенно улучшить технико-экономические показатели СВЧ аппаратуры, появляется возможность ее комплексной миниатюризации. С другой стороны повышение эффективности функционирования СВЧ аппаратуры во многой определяется, в настоящее время, возможностью ее автоматического управления в сопряжении с ЭВМ. В частности, это относится к полупроводниковым управляющим СВЧ устройствам - самому обширному \ классу СВЧ устройств, предназначенных для электрического управления фазой и амплитудой СВЧ сигналов, основными управляющими элементами которых являются p-i-n диоды. Современная телекоммуникационная, радиолокационная и измерительная аппаратура дециметрового и сантиметрового диапазона волн требует создания электрически управляемых аттенюаторов как для малых уровней мощности (до десятков мВт), так и для средних ("50-500 мВт) и высоких (0,5 и более Вт).
Если маломощные управляющие устройства достаточно исследованы и освоены в производстве, то устройства для средних и высоких уровней мощности, особенно в микрополосковом исполнении, изучены недостаточно и отсутствуют их практические разработки. Для управляющих устройств повышенной мощности характерен ряд специфических требований: особо низкие погонные потери в полосковых проводниках; необходимость создания малогабаритных согласованных пленочных диссипативных элементов с учетом распределенного характера резистивной структуры и распределения мощности вдоль нее; схем. конструкций аттенюаторов, учитывающих баланс мощностей в устройстве и устраняющих перегрев полупроводниковых структур; повышенные требования к температурной стабильности электрических параметров; обеспечение электрогерметичности. Расчет СВЧУ управляющего типа затруднен отсутствием моделей элементов, учитывающих их температурные свойства и конструктивное исполнение.
-I
v Совершенствование микроэлектронных СВЧ устройств вызывает потребность в электрически управляемых аттенюаторах программируемого типа для повышенных уровней мощности СВЧ трактов в гибридном пленочном исполнении, что говорит об актуальности работы в данной области.
Цель работы и задачи исследования.
Целью данной работы является создание микрополосковых электрически управляемых СВЧ аттенюаторов на повышенный уровень \ рабочей мощности для бортовой радиоэлектронной аппаратуры, работающей в сопряжении с ЭВМ. Достижение указанной цели предполагает решение следующих основных задач:
-
Разработка эффективных программных средств формирования и расчета моделей элементов и СВЧ устройств управляющего типа.
-
Создание новых схемно-конструктивных вариантов СВЧ аттенюаторов в гибридном пленочном исполнении на повышенный уровень СВЧ мощности, учитьшающих баланс мощностей, рассеиваемых на управляющих звеньях, включая цепи подачи смещения на активные элементы с повышенной степенью развязки по СВЧ сигналу.
-
Создание новых схемно-конструктивных вариантов мощных малогабаритных диссипативных СВЧ элементов для импульсного режима работы, оптимизированных для микрополосковой технологии.
-
Решение проблемы снижения погонных потерь в полосковых проводниках.
-
Практическая реализация и внедрение аттенюаторов и диссипативных элементов для бортовой РЭА.
Основные методы исследования.
При решении поставленных задач использовались методы теории матриц для расчета и анализа СВЧ устройств, методы теории вероятностей, математической статистики, структурное программирование с реализацией соответствующих алгоритмов на ЭВМ, экспериментальное исследование опытных образцов.
Научная новизна работы представлена следующими результатами, которые выносятся на защиту:
1. Предложены эффективные алгоритмы формирования и расчета
математической модели ГИССВЧ, использующие-свойства их пла-
нарности и каскадности, основанные на комбинации методов узловых
потенциалов и цепных матриц. Предложены модели квззкраспреде-
лешгого типа для бескорпусных p-i-n диодов, конденсаторов, пленоч
ных резисторов, учитывающие их геометрические параметры.
2. Предложены принципиально новые полосково-резкетивные
структуры распределенного типа для построения мощных пленочных
диссипативиых элементов для импульсного режима работы и модели
для их расчета.
3. Предложены новые схемно-топологнческие варианты аттенюа
торов с повышенной стабильностью электрических параметров,
включая новые варианты цепей смещения, обеспечивающие повышен
ную степень развязки по СВЧ при сохранении быстродействия пере
дачи управляющих импульсов и модели для их расчета.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
разработаны управляющие устройства СВЧ в гибридном пленочном исполнении с использованием бескорпусных р-i-n днодоз на повышенные уровни мощности;
разработан пакет прикладных программ "Потенциал", оптимизированный для расчета управляющих СВЧ устройств, используемый для инженерных расчетов и внедренный в учебном процессе;
в результате проведенной работы по хоздоговорам и госбюджетной тематике был создан ряд электрически управляемых аттенюаторов и нагрузок, используемых в аппаратуре серийного производства;
разработан техпроцесс и создано нестандартное оборудование для реверсивного гальванического наращивания микрополосковых проводников с пониженными погонными активными потерями.
Реализация результатов.
Теоретические и практические результаты работы использованы в хоздоговорной НИР с Казанским НИИ радиоэлектроники " Разработка комплекта СВЧ аттенюаторов в микросхемном исполнении для КПА", в хоздоговоре с НПМП "Парабола"(г.Казань) "Уровнемер вы-
сохочастотного сигнала для настройки антенны спутникового телевидения", в хоздоговоре с ТОО "ВИСТ"(г.Чистополь) "Уровнемер высокочастотного сигнала для наведения параболических связных антенн", в хоздоговорах с МНИИП (г.Москва) "Теоретическое и экспериментальное исследование ГИС СВЧ" и "Разработка сложных коммутирующих СВЧ устройств методами САПР и их экспериментальная проверка", в учебном процессе КГТУ им.А.Н.Туполева и в Стамбульском техническом университете /the Electrical and Electronics Faculty of the Istanbul Technical University/.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции "Автоматизация проектных и конструкторских работ", г.Москва, 1979; Всесоюзном семинаре "Интегральная электроника СВЧ", г.Новгород, 1981г.; отчетная НТК КГТУ им.А.Н.Туполева 1985г.; 2-я межрегиональная научно-техническая конференция "Микроволновые технологии и излучающие системы''. . Казань, 1997г.
Публикации.
По результатам работы сделано 14 публикаций, в том числе получены 2 авторских свидетельства, 1 патент, 5 свидетельств на полезную модель. Получены б актов внедрения результатов диссертационной работы, 2 положительных решения на полезную модель, диплом победителя Всесоюзного конкурса по микроэлектронике.
Структура диссертационной работы.
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка ли тературы и приложений.
На защиту выносятся:
Новые схемно-конструктивные варианты мгаерополосковых аттенюаторов с повышенной стабильностью электрических параметров включая новые варианты цепей смещения, обеспечивающие повышенную степень развязки по СВЧ при сохранении быстродействия передачи управляющих импульсов и методики их расчета.
Новые схемно-конструктивные типы мощных малогабаритных диссипативных СВЧ элементов для импульсного режима работы, оптимизированных для микрополоскопой технологии и модели для их расчета.
.Алгоритм формирования и расчета математической модели пленарных СВЧ устройств, основанный на комбинапий методов узловых потенциалов и метода цепных матриц, модели p-i-n диода, бескорпусного конденсатора, пленочного резистора, учитывающие их геометрические параметры.
