Исследование и разработка GaAs СВЧ транзисторов, переключательных и ограничительных диодов и интегральных схем для модулей АФАР

• Автор: Аболдуев, Игорь Михайлович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 92 с. : ил

Глава 1 Система параметров ваЛь полевых транзисторов.
1.1 Определение параметров структуры полевого транзистора (ПТБШ), характеризующих его работу на высоких частотах.
1.2 Структура системы параметров ПТБШ.
1.2.1 Важнейшие параметры и параметры - критерии годности для генераторных и усилительных ПТБШ.
1.2.2 Максимально допустимые параметры ПТБШ.
1.2.3 Справочные параметры и характеристики ПТБШ.
1.3 Методы измерения и парк измерительного оборудования, обеспечивающий реализацию системы параметров ПТБШ.
1.4 Выводы.
Глава 2 Проектирование ограничительных и переключательных
СВЧ диодов на основе ваАз диодов с барьером Шоттки.
2.1 У стройство защиты приемного СВЧ тракта на основе ваАв ограничительных и переключательных диодов.
2.2 Выводы.
Глава 3 Схемотехнические и конструктивно-технологические
принципы проектирования СВЧ модулей на основе ваАз элементной базы.
3.1 Проектирование СВЧ микросхем на основе СаАэ ПТБШ и диодов.
3.2 Проектирование СВЧ функциональных узлов передающего тракта. Усилители мощности.
3.3 Монолитная интегральная схема регулируемого усилителя.
3.4 Проектирование элементов приемного тракта.
3.4.1 Выбор элементной базы малошумящего СВЧ усилителя.
3.4.2 Выбор варианта схемы и элементной базы малошумящего усилителя с защитой от высокого уровня входной мощности.
3.5 СВЧ элементы для ППМ АФАР.
3.5.1 Переключатели ПРМ-ПРД.
3.5.2 МИС фазовращателя.
3.6 Выводы.
Глава 4 Структура приемопередающего модуля на основе
разработанной элементной базы.
4.1 Состояние с развитием РЛС на основе АФАР.
4.2 Выбор структурной схемы ППМ на основе
разработанной элементной базы
4.3 Схема управления ПГІМ (СУ)
4.3.1 Алгоритм управления и диагностики СУ
4.3.2 Алгоритм взаимодействия с центральным вычислителем
(ЦВ)
4.4 Конструкция ППМ
4.5 Выводы
Заключение
Список
литературы

Диссертация является итогом научно-исследовательских и опытноконструкторских работ её автора, проводившихся с 1972 по 2001г. Работа представляет собой комплекс исследований. На первом этапе проведены исследования, связанные с разработкой элементной базы для усиления и переключения сигналов, микроминиатюрных интегральных схем, создания научно обоснованной системы контрольных параметров, измерительной и испытательной аппаратуры для контроля качества продукции при разработке и в условиях производства. Заключительным этапом работы является создание приемопередающего модуля (ППМ) для системы АФАР. При этом следует подчеркнуть, что возможность создания ППМ появилась в середине 80-х годов, именно на базе предыдущих исследований, указанных выше.
Актуальность работы.
В середине 70-х годов с развитием технологии изготовления твердотельных приборов с субмикронными размерами и с ее внедрением в производство элементов твердотельной электроники появилась реальная возможность замены вакуумной техники СВЧ и КВЧ диапазонов частот связной и радиолокационной радиоаппаратуры. К отмеченному периоду времени относятся разработки СВЧ кремниевых биполярных транзисторов, как малошумящих на диапазон частот до 5 ГГц, так и мощных диапазона частот 1... 10 ГГц с выходными мощностями десятки ватт в непрерывном режиме и сотни - в импульсном. Прогресс технологии изготовления полупроводников и успехи в производстве исходных полупроводниковых материалов позволили создать мощные ЛПД сантиметрового и миллиметрового диапазонов на основе кремния и арсенида галлия. Внедряются в массовое производство полевые кремниевые приборы с выходными мощностями единицы и десятки ватт с рабочими частотами выше гигагерца. Особое значение в модернизации и создании новой СВЧ радиоаппаратуры имеют полевые транзисторы на основе СаАв, которые в силу своих физических свойств и особенностей конструкции позволяют решить значительную часть задач при проектировании приемной и передающей части СВЧ тракта систем связи и радиолокации сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн. Создание широкой номенклатуры дискретных транзисторов, внедрение технологии, адаптированной для серийного производства, позволило реализовать уникальные параметры радиотехнических систем.
Цель работы.
При разработке и производстве ОлАб полевых транзисторов с барьером Шоттки стояли задачи, не решенные ранее на стадии разработки и выпуска кремниевых полевых транзисторов ввиду сильных различий в конструкции и принципе их работы. В связи с этим необходимо было:
- на основе физических свойств ПТБШ определить параметры структуры транзистора и их связь с технологическими параметрами,
- выделить состав важнейших параметров, характеризующих качество транзисторов и воспроизводимость технологического процесса,
- решить вопросы применения и адаптации парка измерительного оборудования к ПТБШ для обеспечения промышленного выпуска данного класса приборов,
- для определения параметров физической модели транзистора, а на ее основе эксплуатационных параметров, учесть влияние паразитных элементов топологии транзистора, сборки и корпуса.

1 2
Усилитель мощности X диапазона для АФАР системы связи. П...12 7,75...8,25 ГГц Рвых=2 Вт, фаза -0...360 гр. габ. 18x18x120 мм. нет прототипа
Серия усилительных модулей С-диапазона для фирмы "ANDREW" П...12 - 5,9...6,4 ГГц Кур лин=20;9;7;5 дБ Рвых =50;250;900;3000 мВт нет прототипа
Серия усилительных модулей Ки-диапазона для системы "Банкир" П...12-14... 14,5 ГГц Кур лин=15;7;6;5 дБ Рвых =50;150;300;1000 мВт нет прототипа
Многоканальный (3 канала) приемный модуль УВ-17 для станции РСК "Печора М" П...£2-9...9,5 ГГц чувств. Бег— 123дБ/Вт чувств. Б дет=-111 дБ/Вт Рвх макс =100Вт имп синтез 8част. гетер., динам, атт., Габ.= 220x290x57 Габ. прототипа на основе ЛБВ в 100 раз. превышают. Чувств, хуже на 3 дБ Обслуживаемый по регламенту.
Двухканальный МШУ приемного канала L-диапазона для РЛС "Гамма - Д" П...12- 1,25...1,35 ГГц Кш<2 дБ Рвх макс =200 Вт, ввод ПС, динам, атт. 30 дБ Габариты в 2 раза больше, нет встроенной защиты, нет дин. атт.
Предварительный усилитель мощности РЛС 3,9.. .4,2 ГГц П...12 - 3,9...4,2 ГГц Кур лин=37 дБ Рвых =5Вт, имп. Режим, контроль нет прототипа
Монолитная интегральная схема фазостабильного управляемого усилителя. П...12-6...10 ГГц Кш<6 дБ, Кур=10 дБ Дф<±6°,АКур=15 дБ нет прототипа
МИС СВЧ фазовращателя Х-диапазона типа "Ланге" П...12-6...10 ГГц Бпр<1,5 дБ; Дф=0-180°, 0-90°, 0...90°, нет прототипа
МИС СВЧ переключателя каналов Х-диапазона 11...12-6...10 ГГц 1лр<1,5 дБ, Ьвыкл<-15 дБ на уровне зарубежных образцов
Серия МШУ на диапазон 1...22ГГц Кш<1дБ(Ь,8,С диапазоны), 2 дБ(Х,Ки диапазоны), Д1Я=0,2...0,25 на уровне зарубежных образцов.
Использование автором принципов проектирования, накопленный теоретический и экспериментальный материал позволили сократить объем работ по проектированию СВЧ изделий на основе физических представлений заложенных в программный продукт, полностью реализовать потенциальные возможности каждого активного элемента.