§ 6.10 Аса жоғары жиілік (свч) диапазонының интегралды микросхемасы

СВЧ интералды микросхемасы радиотолқындардың келесі диапазондарын алады: дециметрлік (0,3-3 ГГц); сантиметрлік (3-30 ГГц); миллиметрлік (30-300 ГГц).

СВЧ-сингналға қатысты міндеттелген функцияны орындайтын, электромагнитті байланыспен ортақ тізбекке біріккен элементтер бірлестігін СВЧ схемасы деп атаймыз. СВЧ-схемасы типтері: СВЧ-генераторлар, СВЧ-күшейткіштер, жиілікті түрлендіру, коммутурленген құрылғы, фаза ығыстырушы құрылғы және т.б. Егер СВЧ-схема өлшемі кеңістікте толқын ұзындығынан аз болса, онда мұндай схеманы микроминятюрлі СВЧ-схемасы деп аталады. Бұл схеманың элементтерін бір бірінен ажыратуға болады.

СВЧ-интералды микросхемасы (СВЧ-ИМС) өзара органикалық байланысқан элементтердің көмегімен іске асады, яғни онда эксплуатация, тексеру және өңдеу процессінде жеке элементтерді алмастыру мүмкін емес. СВЧ-ИМС-да элметтерді механикалық басқару және құру қолданылмайды, бұл мақсатта схемаға қосылған электронды элементтер жұмыс істейді.

СВЧ-ИМС төменгі жиілікті интегралды микросхемаға қарағанда шалаөткізгішті немесе гибридті бола алады. Шалөткізгішті ИМС үшін активті элементтер шалаөткізгішті подложка бетінде немесе көлемінде өседі, ал пассивті элементтер және контактілер активті элементтерге эпиксиалды қабат өшірілген облысқа металлдық қабат жағылады.

Гибридті СВЧ-ИМС активті элементті дискритті, алдын ала дайындалған шалаөткізгішті технология әдістерінің бірі ретінде қосады. Активті приборлар подложканың бетіндегідей көлемінде де орналасады.

Пассивті элементтер жұқа және қалың қабыршқтардың тұнуын орындайды, ал активті элементтер подложкаға нығайтылады және схеманың пассивті бөлігіне қосылады.

Гибридті СВЧ-ИМС екі негізгі типке бөлінеді: 1) таралған параметрлі; 2) Шоғырланған параметрлі.

СВЧ-ИМС қарапайым СВЧ-схема алдында бір қатар басымдылыққа ие. Оларға бірінші кезекте габариттердің және массаның азайтылуы қатысты. СВЧ-ИМС-нің жазық конструкциясы аппаратураға орнатуда өте ыңғайлы және толқынжүргізгіш пен коаксиалды схемамен салыстырғанда арзан. Жеке элементтерді бір бірімен және подложкамен дұрыс байланыстыру интегралды СВЧ-ИМС-ні қарапайым схемамен салыстырғанда аса жоғары сенімділікпен қамтамасыз етеді. 6.22-суретте гибридті СВЧ-ИМС схеманың бірнеше типтері көрсетілген. СВЧ-ИМС-нің пассивті элементтері (конденсатор, индуктивтілік, резонатор, байланыс элементі, жүктеме және т.б.) таралған параметрлермен қоса шоғырланған параметлер де бол алады. Сантиметрлі диапазонда екі типтегі элементті де және олардың комбанацияында қолдануға болады. Шоғырланған параметрлерді дециметрлік диапазонда қолданған тиімді.

СВЧ-ИМС-нің активті элементі ретінде барлық негізгі радиотехникалық функцияларды қуаттың төменгі деңгейінде орындайтын СВЧ шалаөткізгіш приборлары қолданылады. Бұл приборлар корпуссыз орындалуда аз және гибридті микросхемаға жақсы жазылады. Гибридті СВЧ-ИМС-да транзистордағы СВЧ-күшейткіштер, транзисторлы-веторлық тізбектегі

генератор, Гана диоды, Шоттки

6.22-сурет. Гибоидті СВЧ-ИМС типтерінің

кейбіреулерінің жалпы түрлері

барьерлі диодтағы араластырғыш

қолданылады.

СВЧ-ИМС-ның жеке элементтерін қарастырайық. Подложка гибридті СВЧ-ИМС-нің негі элемент болып тбылады және белгілі бір мәнде оның параметрін анықтайды. Подложкаға бір қатар талап көрсетіледі: жоғары диэлектриклық өткізгіштік (ε>=10); аздаған диэлетрикалық шығын (tgδ<1*10^-4); жиіліктің кең диапазонында диэлектриктік өткізгіштіктің тұрақтылығы (10⁸÷10¹⁰) Гц және температура (-80÷+200⁰С); минималды кеуектілік (0,5-1,0%); беттің жоғарғы тазалығы (12-13-й тазалық классы); жақсы жылу өткізгіштік.

Микрожолақты жіберу сызығы көбінесе таралған параметрлі СВЧ-ИМС-да қолданылады. Ең көп таралғаны симметриалы емес микрожолақты жіберу сызығы болып табылады (6.23-сурет). Оның дайындалу өте қарапайым, габариті аз, сенімділігі жоғары және шығыны аз болады. Сызықтың габаритін келесі мысалға қарап талқылауға болады: Подложкадағы толқындық кедергісі 50 Ом микрожолақты сызық өткізгіштің кеңдігі b=0,6 мм, подложка үлкендеген кезде d= 0,635 мм.

6.24-сурет. «ілулі подложкалы» симметриялы микро жолақты жіберу сызығы:

1-жұқа қабыршақты өткізгіш; 2-диэлектриктік подложка; 3-металл корпус

Симметриялы емес микрожолақты жіберу сызығында электромагнитті энергияның жартысы өткізгіштің үстіндегі кеңістікте тұрады. Бұл әуелік саңылау жиілік және қуат бойынша шектікті анықтайды.

Көрсетілген шектікті симметриялы микрожолақты жібру сызығын қолдана отырып белгілі бір дәрежеде алдын алуға болады (6.24-сурет).

Бұнда диэлектриктік подложкада орналасқан жолақтық өткізгіш жалғыз подложканың әр жағындағы әуе саңылауы кезінде екі экран жазықтығының арасында ілінеді. Кейде бұл сызықты « ілінген подложкалы» микрожолақты сызық деп атайды. Структура симметриялы және диэлектртің әуе қабаты біртіндеп подложкаға жүктелген болғандықтан, 20 ГГц жиілікке дейін СВЧ қуаттың деңгейі 100 Вт-қа дейін жетуі мүмкін.

Жоғары деңгейлі миниатюризация қажет болғанда шоғырланған параметрлі элементтер қолданылады. СВЧ-ИМС-дағы индуктивтілік, конденсатор және резисторларды қабыршықты технология әдісімен дайындайды. Бұл дегеніміз СВЧ-ИМС үшін керекті индуктивтілік, сыйымдылық және кедергі мәні үлкен емес.

Индуктивті жазық, домалақ немесе тікбұрыш спирал формасын дайындайды (6.25-сурет). Бұндай спиральдардың индутивтілігі орамдардың санына тәуелді түрде 100 ретті беріктікте бірнеше наногенридан 50 нГн-ға дейінгі

6.25-сурет. СВЧ-ИМС индуктивтідігі

аралықта өзгереді. Үшінші орамындағы жпиральдың резонанстық жиілігі 5 ГГц, ал бесінші ретті орамдағы резонанстық

ж иілік -2 ГГц. 6.25-суретте 50 Ом толқындық кедергісі бар тізбектей қосылған микрожолақты жіберу сызығы көрсетілген. Оның орталығы ішкі шығыспен жұқа сым арқылы байланысқан. Өткізгіштің 50 мкм кеңдігінде спиральдың диаметрі 1,5 мм, индуктивтілік 20 нГн, жеке резонанстық жиілігі 2,7 ГГц-ке тең.

6.26-суретте жұқа қабыршақты технология әдісімен алынған резистордың, конденсатор мен өткізгіштің көлденең қимасы көрсетілген. Шығынның көлемін азайту үшін өткізгіштің кеңдігі 10 мкм кем болмауы керек.

Дискритті активті элементтерді көбінесе гибридті СВЧ-ИМС-да қолданады. Сонымен қатар, жөндеуге конструктивті түрде орналасатын шалаөткізгіш СВЧ-приборды қолданады. СВЧ-ИМС үшін шалаөткізгіштік приборладың конструкциясының 3 типі бар: аударылған кристалл әдісімен монтаждау үшін корауссыз (6.27,а-сурет), батоталық шығыспен (6.27, б-сурет), керамическалық ұстағышта (6.27,в-сурет), дискритті диод (6.27,г,д-сурет). Суретте өлшемдер милиметрмен берілген.

6.27-сурет. СВЧ-ИМС-да қолданатын шалаөткізгіш приборлар конструкциясы: а-аударылған крисстал әдісімен монтаждау үшін, б- балоталы шығыстармен, в- керамикалық ұстағышта; г,д- дискритті диод

Антеналық айырып-қосқыш планарлы диодта «қабылдап-жібергіш». Жиіліктік диапазон 9-10 ГГц, тура шығын 1,5-2 дБ, СВЧ сигналдың қуаты-1 Вт.

Балансты араластырғыш Шоттки барьерлі диодта. Сигналдың жиілігі- 9ГГц, гетородина жиілігі- 8,97 ГГц, шуыл коэффициенті- 7 дБ, гетеродинаның қуаты -1 мВт.

Жиілікті көбейткіш (х 4) планарлы векторды. Кіріс жиілік 2,25 немесе 2,125 ГГц, шығыс жиілік 9 немесе 8,5 ГГц. Кіріс қуат 2 Вт немесе 10 мВт, шығыс қуат 1 Вт немесе 2 мВт.

Генератор транзисторлы жиілік диапазоны 0,39-1,55 ГГц. Генератор транзисторындағы қуаты 2 Вт, 2 Гц жиілікте жұмыс істейді.

Айырып-қосқыш 0,8-1,4 ГГц жиілік диапазонында бір жолақты, айырымы 25 дБ-дан кем емес, айырып-қосу уақыты 60 мс.

7-бөлім