RU2474921C1 - Integrated microwave circuit - Google Patents
Integrated microwave circuit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2474921C1 RU2474921C1 RU2011136113/07A RU2011136113A RU2474921C1 RU 2474921 C1 RU2474921 C1 RU 2474921C1 RU 2011136113/07 A RU2011136113/07 A RU 2011136113/07A RU 2011136113 A RU2011136113 A RU 2011136113A RU 2474921 C1 RU2474921 C1 RU 2474921C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- integrated circuit
- microwave
- dielectric substrate
- microwave integrated
- layer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Microwave Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике, а именно интегральным схемам СВЧ, и может быть широко использовано в электронной технике СВЧ, в частности в радиолокационных станциях с фазированными антенными решетками (ФАР).The invention relates to electronic equipment, namely microwave integrated circuits, and can be widely used in microwave electronic equipment, in particular in radar stations with phased antenna arrays (PAR).
Основными характеристиками интегральной схемы СВЧ и особенно в последнем случае ее применения являются выходная мощность и массогабаритные характеристики.The main characteristics of the microwave integrated circuit and especially in the latter case of its application are the output power and weight and size characteristics.
Известна интегральная схема СВЧ, содержащая диэлектрическую подложку, на лицевой стороне которой выполнены пассивные элементы, в том числе шунтирующие - конденсаторы и резисторы, копланарные линии передачи, а также расположены навесные активные элементы - бескорпусные транзисторы и диоды, соединенные с диэлектрической подложкой проволочными выводами [1].A known microwave integrated circuit containing a dielectric substrate, on the front side of which passive elements are made, including shunting ones — capacitors and resistors, coplanar transmission lines, and mounted active elements — frameless transistors and diodes connected to the dielectric substrate by wire leads are located [1 ].
Диэлектрическая подложка лицевой стороной соединена с обратной металлизированной стороной диэлектрической рамки, на лицевой стороне которой расположены микрополосковые линии передачи. Микрополосковые линии передачи диэлектрической рамки и копланарные линии передачи диэлектрической подложки соединены между собой проволочными соединениями. Диэлектрическая рамка с диэлектрической подложкой установлена на металлическое основание, лицевая сторона диэлектрической рамки закрыта диэлектрической крышкой.The dielectric substrate with the front side is connected to the reverse metallized side of the dielectric frame, on the front side of which there are microstrip transmission lines. The microstrip transmission lines of the dielectric frame and the coplanar transmission lines of the dielectric substrate are interconnected by wire connections. A dielectric frame with a dielectric substrate is mounted on a metal base, the front side of the dielectric frame is closed by a dielectric cover.
Данная интегральная схема СВЧ обеспечивает в силу наличия копланарной линии передачи включение пассивных элементов, в том числе и шунтирующих без проволочных соединений и тем самым сокращение частично, но не полностью числа и соответственно длины проволочных соединений, и тем самым уменьшение разброса электрических характеристик и, как следствие, повышение их воспроизводимости и повышение надежности интегральной схемы СВЧ.This microwave integrated circuit provides, due to the presence of a coplanar transmission line, the inclusion of passive elements, including shunts without wire connections, and thereby partially, but not completely, reducing the number and, accordingly, the length of wire connections, thereby reducing the spread of electrical characteristics and, as a result , increasing their reproducibility and increasing the reliability of the microwave integrated circuit.
Однако, с другой стороны, наличие диэлектрической рамки с центральным отверстием и микрополосковыми линиями передачи, расположенными на ней,However, on the other hand, the presence of a dielectric frame with a central hole and microstrip transmission lines located on it,
во-первых, усложняет конструкцию интегральной схемы,firstly, complicates the design of the integrated circuit,
во-вторых, поскольку даже при оптимальном расположении активных и шунтирующих элементов по периферии упомянутого отверстия число и длина соединительных проволочек достаточно велики, это приводит к большому разбросу электрических характеристик.secondly, since even with the optimal arrangement of active and shunting elements along the periphery of the aforementioned hole, the number and length of the connecting wires are quite large, this leads to a large spread of electrical characteristics.
И как следствие этого - низкая воспроизводимость, снижение надежности и высокие массогабаритные характеристики интегральной схемы СВЧ.And as a result of this - low reproducibility, reduced reliability and high weight and size characteristics of the microwave integrated circuit.
Кроме того, в данной интегральной схеме СВЧ не обеспечивается хороший отвод тепла.In addition, in this microwave integrated circuit, good heat dissipation is not provided.
Известна интегральная схема СВЧ, содержащая диэлектрическую подложку с размещенными на одной ее стороне когатанарными линиями передачи, пассивными и активными элементами, установленную на металлическом основании и выводы [2].A known microwave integrated circuit containing a dielectric substrate with coaganar transmission lines placed on one side of it, passive and active elements mounted on a metal base and conclusions [2].
В которой с целью улучшения электрических характеристик диэлектрическая подложка расположена на металлическом основании стороной, содержащей копланарные линии передачи.In which, in order to improve electrical characteristics, the dielectric substrate is located on a metal base with a side containing coplanar transmission lines.
Расположение диэлектрической подложки на металлическом основании стороной содержащей копланарные линии передачи позволило по сравнению с первым аналогом исключить из интегральной схемы диэлектрическую рамку с центральным отверстием и диэлектрическую крышку и тем самым исключить микрополосковые линии передачи и соответственно их проволочные соединения с копланарными линиями передачи, и тем самым еще более уменьшить число и соответственно длину проволочных соединений, и тем самым уменьшить разброс электрических характеристик и, как следствие - повышение их воспроизводимости и повышение надежности, и уменьшение массогабаритных характеристик интегральной схемы СВЧ.The location of the dielectric substrate on the metal base with the side containing the coplanar transmission lines made it possible to exclude the dielectric frame with the central hole and the dielectric cover from the integrated circuit and thereby exclude microstrip transmission lines and, accordingly, their wire connections with coplanar transmission lines, and thereby more reduce the number and, accordingly, the length of the wire connections, and thereby reduce the spread of electrical characteristics and, as a consequence, an increase in their reproducibility and an increase in reliability, and a decrease in the overall dimensions of the microwave integrated circuit.
Однако, с другой стороны, поскольку отвод тепла идет в основном за счет периферийной части металлического основания и вдоль диэлектрической подложки, это приводит к повышенному тепловому сопротивлению и соответственно ухудшению отвода тепла от активных элементов и, как следствие - ухудшение электрических характеристик и снижение надежности интегральной схемы СВЧ.However, on the other hand, since the heat removal is mainly due to the peripheral part of the metal base and along the dielectric substrate, this leads to increased thermal resistance and, accordingly, to a deterioration of heat removal from the active elements and, as a result, deterioration of the electrical characteristics and decrease in the reliability of the integrated circuit Microwave
Известна интегральная схема СВЧ, содержащая диэлектрическую подложку, на лицевой стороне которой выполнены пассивные элементы, в том числе шунтирующие - конденсаторы и резисторы, копланарные линии передачи и выводы и установлены активные элементы [3].A known microwave integrated circuit containing a dielectric substrate, on the front side of which passive elements are made, including shunt ones - capacitors and resistors, coplanar transmission lines and terminals and active elements are installed [3].
Диэлектрическая подложка расположена лицевой стороной на металлическом основании, в котором выполнена выемка.The dielectric substrate is located face on a metal base in which a recess is made.
В данной интегральной схеме с целью улучшения электрических характеристик за счет улучшения отвода тепла и повышения их воспроизводимости за счет исключения проволочных соединений, и повышения надежности, как за счет первого, так и второго, активные элементы установлены на диэлектрическую подложку лицевой стороной. На лицевой стороне диэлектрической подложки в местах соединения шунтирующих элементов и в местах отвода тепла от активных элементов выполнены металлические столбы сечением и высотой (40-50)×10-6 м, посредством которых диэлектрическая подложка установлена лицевой стороной на металлическое основание, а выемка в металлическом основании выполнена только под активными элементами.In this integrated circuit, in order to improve electrical characteristics by improving heat dissipation and increasing their reproducibility by eliminating wire connections, and increasing reliability, both due to the first and second, the active elements are installed on the dielectric substrate with the front side. On the front side of the dielectric substrate at the junction of the shunt elements and at the points of heat removal from the active elements, metal poles are made with a cross section and a height of (40-50) × 10 -6 m, by means of which the dielectric substrate is mounted with the front side on a metal base and a recess in a metal the base is made only under the active elements.
Наличие и указанное расположение упомянутых металлических столбов позволило:The presence and indicated location of the mentioned metal poles allowed:
во-первых, практически полностью исключить проволочные соединения и тем самым максимально уменьшить разброс электрических характеристик и, как следствие - повысить их воспроизводимость и повысить надежность интегральной схемы СВЧ,firstly, to completely eliminate wire connections and thereby minimize the spread of electrical characteristics and, as a result, increase their reproducibility and increase the reliability of the microwave integrated circuit,
во-вторых, отвести тепло от активных элементов кратчайшим путем и тем самым улучшить отвод тепла и, как следствие - улучшить электрические характеристики и повысить надежность интегральной схемы СВЧ.secondly, to remove heat from active elements in the shortest way and thereby improve heat dissipation and, as a result, improve electrical characteristics and increase the reliability of the microwave integrated circuit.
Данная интегральная схема СВЧ с достаточно высокими электрическими характеристиками нашла широкое применение в усилителях и генераторах СВЧ и различных преобразовательных схемах СВЧ.This microwave integrated circuit with sufficiently high electrical characteristics has been widely used in microwave amplifiers and generators and various microwave conversion circuits.
Однако ее использование в ряде случаев затруднительно, например, где требуется одновременно:However, its use in some cases is difficult, for example, where it is required at the same time:
во-первых, максимально возможный отвод тепла,firstly, the maximum possible heat dissipation,
во-вторых, минимально возможные массогабаритные характеристики.secondly, the smallest possible overall dimensions.
Например, в радиолокационных станциях с фазированными антенными решетками, в состав которых входит множество (порядка тысячи) идентичных элементов - изделий.For example, in radar stations with phased antenna arrays, which include many (about a thousand) identical elements - products.
Техническим результатом заявленного изобретения является улучшение электрических характеристик, повышение надежности и уменьшение массогабаритных характеристик интегральной схемы СВЧ.The technical result of the claimed invention is to improve electrical characteristics, increase reliability and reduce the overall dimensions of the microwave integrated circuit.
Указанный технический результат достигается заявленной интегральной схемой СВЧ, содержащей диэлектрическую подложку, на лицевой стороне которой выполнены только пассивные элементы, либо пассивные элементы, линии передачи, выводы, активные элементы, при этом элементы соединены электрически, интегральная схема заземлена.The specified technical result is achieved by the claimed microwave integrated circuit containing a dielectric substrate, on the front side of which only passive elements are made, or passive elements, transmission lines, terminals, active elements, while the elements are electrically connected, the integrated circuit is grounded.
В которой диэлектрическая подложка выполнена из пластины алмаза толщиной равной (100-200)×10-6 м, которая имеет металлизационное покрытие, при этом металлизационное покрытие выполнено в виде сплошного слоя на обратной и торцевых сторонах, и локального слоя на лицевой стороне упомянутой диэлектрической подложки, при этом упомянутые слои выполнены одинаковой толщины, равной каждый 3-7 глубин скин-слоя, а заземление интегральной схемы выполнено посредством упомянутого металлизационного покрытия.In which the dielectric substrate is made of a diamond plate with a thickness of (100-200) × 10 -6 m, which has a metallization coating, wherein the metallization coating is made in the form of a continuous layer on the back and end sides, and a local layer on the front side of the said dielectric substrate wherein said layers are made of the same thickness equal to each 3-7 depths of the skin layer, and the grounding of the integrated circuit is made by said metallization coating.
Интегральная схема СВЧ может быть выполнена в виде платы с пассивными элементами, например, в виде мощного резистора, либо в виде индуктивности, либо в виде гибридной, либо монолитной интегральной схемы, например усилителя мощности СВЧ либо усилителя мощности СВЧ с модулятором либо различной преобразовательной схемы СВЧ.The microwave integrated circuit can be made in the form of a board with passive elements, for example, in the form of a powerful resistor, or in the form of an inductance, or as a hybrid or monolithic integrated circuit, for example, a microwave power amplifier or a microwave power amplifier with a modulator or various microwave conversion circuits .
Линии передачи могут быть выполнены в виде копланарной, либо в виде микрополосковой, либо в виде щелевой линий.The transmission lines can be made in the form of coplanar, or in the form of microstrip, or in the form of slit lines.
Активный элемент выполнен, например, в виде диода, либо полевого транзистора с барьером Шотки, либо интегральной схемы.The active element is made, for example, in the form of a diode, or a field effect transistor with a Schottky barrier, or an integrated circuit.
Диэлектрическая подложка может быть выполнена из природного алмаза либо искусственного поликристаллического CVD алмаза.The dielectric substrate can be made of natural diamond or artificial polycrystalline CVD diamond.
Сплошной слой на обратной и торцевых сторонах и локальный слой на лицевой стороне металлизационного покрытия упомянутой диэлектрической подложки выполнен в виде прямой последовательности системы хорошо проводящих металлов, например никель-золото, либо титан-молибден-никель-золото, либо титан-вольфрам-никель-золото с адгезионным подслоем.The continuous layer on the back and end sides and the local layer on the front side of the metallization coating of the said dielectric substrate are made in the form of a direct sequence of a system of well-conducting metals, for example nickel-gold, or titanium-molybdenum-nickel-gold, or titanium-tungsten-nickel-gold with adhesive undercoat.
Локальное расположение слоя металлизационного покрытия на лицевой стороне упомянутой диэлектрической подложки определяется топологией интегральной схемы СВЧ.The localization of the metallization coating layer on the front side of said dielectric substrate is determined by the topology of the microwave integrated circuit.
Глубину скин-слоя определяют из выражения:The depth of the skin layer is determined from the expression:
Δ=(π×f×µ×σ)-1/2, гдеΔ = (π × f × µ × σ) -1/2 , where
Δ - глубина скин-слоя, 10-6×м,Δ is the depth of the skin layer, 10 -6 × m,
π - постоянное число, равное 3,14…,π is a constant number equal to 3.14 ...,
f - рабочая частота интегральной схемы СВЧ, МГц,f is the operating frequency of the microwave integrated circuit, MHz,
µ - относительная магнитная проницаемость,µ is the relative magnetic permeability,
σ - удельная проводимость, 10-6×См/м.σ is the specific conductivity, 10 -6 × S / m.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Совокупность существенных признаков заявленной интегральной схемы СВЧ обеспечивает, а именно:The set of essential features of the claimed integrated circuit microwave provides, namely:
Выполнение диэлектрической подложки из алмаза благодаря тому, что алмаз как природный алмаз, так и искусственный поликристаллический CVD алмаз (далее просто алмаз):The execution of the dielectric substrate of diamond due to the fact that the diamond is both a natural diamond and an artificial polycrystalline CVD diamond (hereinafter referred to as simply diamond):
а) обладает лучшей теплопроводностью среди иных известных на сегодня материалов, так теплопроводность алмаза в четыре раза лучше теплопроводности меди,a) has the best thermal conductivity among other materials known today, since the thermal conductivity of diamond is four times better than the thermal conductivity of copper,
б) является на сегодня лучшим диэлектрическим материалом.b) is by far the best dielectric material.
Именно это сочетание указанных свойств алмаза обеспечивает диэлектрической подложке, выполненной из алмаза указанной толщины и в совокупности с наличием на этой диэлектрической подложке указанного металлизационного покрытия и выполненного указанным образом, возможность выполнения - осуществления данной диэлектрической подложкой одновременно трех функций:It is this combination of these properties of diamond that provides a dielectric substrate made of diamond of the specified thickness and in conjunction with the presence of the specified metallization coating on this dielectric substrate and performed in the specified manner, the ability to perform and perform three functions simultaneously with this dielectric substrate:
Первой - функции теплоотвода и при этом при значительном улучшении отвода тепла и, как следствие - значительное улучшение электрических характеристик интегральной схемы СВЧ.The first is the function of heat removal and, at the same time, with a significant improvement in heat removal and, as a result, a significant improvement in the electrical characteristics of the microwave integrated circuit.
Второй - функции металлического основания, и тем самым обеспечивается возможность полного исключения его (металлического основания) из конструкции интегральной схемы СВЧ и как следствие - значительное уменьшение массогабаритных характеристик примерно в 10 раз, поскольку удельный вес алмаза в три раза меньше удельного веса меди - материала классического металлического основания интегральной схемы СВЧ, а толщина металлического основания меньше, чем у прототипа в четыре раза.The second is the function of the metal base, and thereby it is possible to completely exclude it (the metal base) from the design of the microwave integrated circuit and, as a result, significantly reduce the weight and size characteristics by about 10 times, since the specific gravity of diamond is three times less than the specific gravity of copper, the classical material the metal base of the microwave integrated circuit, and the thickness of the metal base is four times less than that of the prototype.
Третьей - функции заземляющего элемента интегральной схемы СВЧ, и тем самым обеспечивается исключение из ее конструкции как заземляющих металлизационных отверстий, так и проволочных соединений, обеспечивающих это заземление, и, как следствие - повышение воспроизводимости электрических характеристик и повышение надежности интегральной схемы СВЧ.The third is the function of the grounding element of the microwave integrated circuit, and this ensures that both the grounding metallization holes and the wire connections providing this grounding are excluded from its design, and, as a result, the reproducibility of electrical characteristics and the reliability of the microwave integrated circuit are increased.
Выполнение металлизационного покрытия в виде сплошного слоя на обратной и торцевых сторонах и локального слоя на лицевой стороне упомянутой диэлектрической подложки, при этом одинаковой толщины, равной не менее трех и не более семи глубин скин-слоя, обеспечивает:The implementation of the metallization coating in the form of a continuous layer on the back and end sides and a local layer on the front side of the aforementioned dielectric substrate, with the same thickness equal to at least three and not more than seven depths of the skin layer, provides:
во-первых, как сказано выше, заземление интегральной схемы СВЧ и при этом технологичное и качественное и соответственно надежное и, как следствие - повышение надежности интегральной схемы СВЧ,firstly, as mentioned above, grounding of the microwave integrated circuit and at the same time technologically advanced and high-quality and, accordingly, reliable and, as a result, increasing the reliability of the microwave integrated circuit,
во-вторых, оптимизацию электрических характеристик в зависимости от рабочей частоты и, как следствие - улучшение электрических характеристик интегральной схемы СВЧ.secondly, the optimization of electrical characteristics depending on the operating frequency and, as a consequence, the improvement of the electrical characteristics of the microwave integrated circuit.
Выполнение диэлектрической подложки из алмаза толщиной менее 100×10-6 м нежелательно, так как диэлектрическая подложка теряет требуемую механическую прочность, а более 200×10-6 м - неоправданно увеличиваются массогабаритные характеристики и ухудшаются электрические характеристики интегральной схемы СВЧ.The implementation of a dielectric substrate of diamond with a thickness of less than 100 × 10 -6 m is undesirable, since the dielectric substrate loses the required mechanical strength, and more than 200 × 10 -6 m, the weight and size characteristics unreasonably increase and the electrical characteristics of the microwave integrated circuit deteriorate.
Выполнение металлизационного покрытия толщиной менее трех глубин скин-слоя недопустимо, так как значительно возрастают потери СВЧ, а более семи глубин скин-слоя нежелательно из-за неоправданного увеличения: во-первых, расхода драгметаллов и, во-вторых, массогабаритных характеристик.Metallization coating with a thickness of less than three skin depths is unacceptable, since microwave losses increase significantly, and more than seven skin depths are undesirable due to an unjustified increase: firstly, the consumption of precious metals and, secondly, weight and size characteristics.
Итак, заявленная интегральная схема СВЧ в полной мере обеспечивает заявленный технический результат, а именно улучшение электрических характеристик, повышение надежности и уменьшение массогабаритных характеристик.So, the claimed microwave integrated circuit fully provides the claimed technical result, namely, improving electrical characteristics, increasing reliability and reducing overall dimensions.
Заявленное изобретение поясняется чертежами.The claimed invention is illustrated by drawings.
На фиг.1(а-б) дана топология заявленной гибридной интегральной схемы (частных случаев ее выполнения), например усилителя мощности СВЧ (фиг.1а) и мощного переключателя СВЧ (фиг.1б), выполненных в гибридном-интегральном исполнении, гдеFigure 1 (a-b) gives the topology of the claimed hybrid integrated circuit (special cases of its implementation), for example, a microwave power amplifier (Fig. 1a) and a powerful microwave switch (Fig. 1b), made in a hybrid-integrated design, where
- диэлектрическая подложка - 1,- dielectric substrate - 1,
- пассивные элементы - 2,- passive elements - 2,
- линии передачи - 3,- transmission lines - 3,
- выводы - 4,- conclusions - 4,
- активные элементы - 5,- active elements - 5,
- металлизационное покрытие диэлектрической подложки - 6 в виде сплошного слоя на обратной и торцевых сторонах, и локального слоя на лицевой стороне упомянутой диэлектрической подложки.- metallization coating of the dielectric substrate - 6 in the form of a continuous layer on the back and end sides, and a local layer on the front side of the said dielectric substrate.
На фиг.2(а-б) дана их электрическая схема соответственно. На фиг.3(а-б) дана зависимость:Figure 2 (a-b) shows their electrical circuit, respectively. Figure 3 (a-b) gives the dependence:
а) от рабочей частоты выходной мощности (фиг.3а, кривая 1) и коэффициента усиления (фиг.3а, кривая 2) усилителя мощности СВЧ,a) from the operating frequency of the output power (figa, curve 1) and the gain (figa, curve 2) of the microwave power amplifier,
б) от рабочей частоты величины прямых (фиг.3б, кривая 1) и обратных потерь (фиг.3б, кривая 2) мощного переключателя СВЧ.b) from the operating frequency, the magnitude of the direct (fig.3b, curve 1) and reverse losses (fig.3b, curve 2) of the high-power microwave switch.
Примеры конкретного выполнения заявленной интегральной схемы СВЧ (частных случаев ее выполнения):Examples of specific performance of the claimed microwave integrated circuit (special cases of its implementation):
а) Усилитель мощности СВЧ.a) microwave power amplifier.
Усилитель мощности СВЧ выполнен в гибридном-интегральном исполнении на диэлектрической подложке 1 из поликристаллического алмаза CVD толщиной, равной 150×10-6 м.The microwave power amplifier is made in a hybrid-integrated design on a
При этом упомянутую диэлектрическую подложку предварительно металлизируют.Moreover, said dielectric substrate is pre-metallized.
Металлизационное покрытие 6 диэлектрической подложки выполнено в виде сплошного слоя на обратной и торцевых сторонах диэлектрической подложи, и локального слоя - на лицевой ее стороне в виде прямой последовательности системы хорошо проводящих металлов, титан-молибден-никель-золото с адгезионным подслоем, в виде слоя кремния, облученного ускоренными ионами посредством метода ионной имплантации.The
При этом локальное расположение слоя металлизационного покрытия на лицевой стороне упомянутой диэлектрической подложки определяют и формируют при формировании топологии интегральной схемы СВЧ.In this case, the local location of the metallization coating layer on the front side of the said dielectric substrate is determined and formed when forming the topology of the microwave integrated circuit.
На лицевой стороне диэлектрической подложке 1 выполнены с использованием классической тонкопленочной технологии пассивные элементы 2 (конденсаторы: блокировочные Сбл., развязывающие Ср., согласующие Сс), линии передачи L 3, например микрополосковые линии с разными волновыми сопротивлениями, равными 30-100 Ом, выводы 4. Установлены навесные активные элементы 5 - мощные полевые транзисторы с барьером Шотки (ПТШ) Т КРПГ.432151.009 ТУ посредством поверхностного монтажа.On the front side of the
При этом все элементы интегральной схемы соединены электрически.In this case, all elements of the integrated circuit are electrically connected.
При этом интегральная схема заземлена посредством металлизиционного покрытия 6.In this case, the integrated circuit is grounded by a
в) Аналогично выполнен мощный переключатель СВЧ.c) Similarly, a powerful microwave switch is made.
Заявленная интегральная схема СВЧ работает следующим образом (частные случаи ее выполнения):The claimed integrated circuit microwave operates as follows (special cases of its implementation):
а) Усилитель мощности СВЧ.a) microwave power amplifier.
Усилитель мощности СВЧ выполнен, как указано выше, на основе мощных полевых транзисторов с барьером Шотки по схеме с общим истоком.The microwave power amplifier is made, as described above, on the basis of powerful field-effect transistors with a Schottky barrier according to a scheme with a common source.
Усилитель мощности СВЧ содержит два каскада усиления.The microwave power amplifier contains two amplification stages.
Схема содержит цепи согласования по входу, между каскадами и по выходу. Согласование осуществляется с помощью согласующих конденсаторов Сс и отрезков микрополосковой линии передачи L. Для развязки между каскадами по постоянному току используются развязывающие конденсаторы Ср. Для блокировки источников питания используются блокировочные конденсаторы Сбл.The circuit contains input matching circuits between cascades and output. Coordination is carried out using matching capacitors Cc and segments of the microstrip transmission line L. For isolation between cascades of direct current, decoupling capacitors Cp are used. To lock the power sources are used blocking capacitors Sbl.
Усилитель мощности СВЧ питается от двух источников питания. Один положительной полярности питает цепь стока, второй отрицательной полярности обеспечивает необходимое напряжение смещения на затворах полевых транзисторов с барьером Шотки.The microwave power amplifier is powered by two power sources. One positive polarity feeds the drain circuit, a second negative polarity provides the necessary bias voltage at the gates of field-effect transistors with a Schottky barrier.
При подаче на вход усилителя мощности СВЧ входной мощности на выходе получается усиленный сигнал СВЧ в диапазоне частот 9-10 ГГц.When applying microwave power to the input of a microwave power amplifier, an amplified microwave signal is obtained in the frequency range 9-10 GHz.
б) Мощный переключатель СВЧ.b) Powerful microwave switch.
Мощный переключатель СВЧ представляет собой транзисторную схему на переключаемых полевых транзисторах с барьером Шотки.Powerful microwave switch is a transistor circuit on switched field effect transistors with a Schottky barrier.
Переключатель СВЧ работает в дискретном режиме в зависимости от управляющего напряжения (0 или -5) В, поданного на его управляющие контакты U1 и U2.The microwave switch operates in discrete mode, depending on the control voltage (0 or -5) V supplied to its control contacts U1 and U2.
При подаче на электроды затворов полевых транзисторов с барьером Шотки постоянного управляющего напряжения U величиной, равной 0 В, полевые транзисторы с барьером Шотки становятся открытыми, а при подаче на электроды затворов полевых транзисторов с барьером Шотки постоянного управляющего напряжения U величиной, равной -5 В, полевые транзисторы с барьером Шотки становятся закрытыми.When a field-effect transistor with a Schottky barrier has a constant control voltage U of 0 V applied to the gate electrodes, field-effect transistors with a Schottky barrier become open, and when a field-effect transistor with a Schottky gate has a constant control voltage U of -5 V, Schottky barrier field effect transistors become closed.
Управляющее напряжение на электроды затворов полевых транзисторов с барьером Шотки подается в противофазе и всегда одна пара полевых транзисторов с барьером Шотки закрыта, а другая открыта.The control voltage to the gate electrodes of the field effect transistors with a Schottky barrier is supplied in antiphase and always one pair of field effect transistors with a Schottky barrier is closed and the other is open.
При подаче на управляющие контакты переключателя СВЧ U1 и U2 дискретных управляющих напряжений (0 и -5 В) переключатель соединяет вход СВЧ с выходом СВЧ 1 и, наоборот, при подаче на управляющие контакты переключателя U1 и U2 дискретных управляющих напряжений (-5 В и 0) переключатель СВЧ соединяет вход СВЧ с выходом СВЧ 2.When applying to the control contacts of the microwave switch U1 and U2 discrete control voltages (0 and -5 V), the switch connects the microwave input to the output of
На образцах заявленной интегральной схемы СВЧ усилителя мощности СВЧ и мощного переключателя СВЧ были:The samples of the claimed integrated circuit microwave power amplifier microwave and powerful microwave switch were:
Измерены:Measured:
- зависимости от рабочей частоты выходной мощности (фиг.3а, кривая 1) и коэффициента усиления (фиг.3а, кривая 2),- depending on the operating frequency of the output power (figa, curve 1) and gain (figa, curve 2),
- зависимости от рабочей частоты величины прямых (фиг.3б, кривая 1) и обратных потерь СВЧ (фиг.3б, кривая 2).- depending on the operating frequency of the magnitude of the direct (fig.3b, curve 1) and the return microwave losses (fig.3b, curve 2).
Рассчитана надежность согласно методики ЭТ-361 по формуле:Reliability is calculated according to the ET-361 method according to the formula:
Тосн.н - температура номинального режима,T osn.n - temperature of the nominal mode,
Тосн.ф - температура форсированного режима.T osn.f - temperature of the forced mode.
Данные представлены на фиг.3(а-б) и в таблице.The data are presented in figure 3 (a-b) and in the table.
Из представленных зависимостей на фиг.3(а-б) и таблицы видно,From the presented dependencies in figure 3 (a-b) and the table shows
что:what:
- выходная мощность и коэффициент усиления в рабочей полосе частот имеют резонансный характер и равны примерно (0,5-1) Вт и (12-15) дБ соответственно,- the output power and gain in the working frequency band are resonant in nature and are approximately (0.5-1) W and (12-15) dB, respectively,
- величина прямых потерь в рабочей полосе частот также имеет резонансный характер и равна примерно (2-1) дБ,- the magnitude of direct losses in the working frequency band also has a resonant character and is approximately (2-1) dB,
- величина обратных потерь в рабочей полосе частот уменьшается с повышением частоты и равна (23,4-21) дБ.- the amount of return loss in the working frequency band decreases with increasing frequency and is equal to (23.4-21) dB.
Из таблицы видно, что указанные выше достаточно высокие электрические характеристики как усилителя мощности СВЧ, так и мощного переключателя СВЧ имеют образцы интегральной схемы СВЧ, выполненные в пределах конструкционных параметров, указанных в формуле изобретения (примеры 1-3 и 7-9).The table shows that the above fairly high electrical characteristics of both the microwave power amplifier and the high-power microwave switch have microwave integrated circuit designs made within the design parameters specified in the claims (examples 1-3 and 7-9).
В отличие от образцов как интегральной схемы СВЧ (примеры 4-5 и 10-11), в которых конструкционные параметры выходят за пределы, указанные в формуле изобретения, так и прототипа (примеры 6, 12).In contrast to the samples as a microwave integrated circuit (examples 4-5 and 10-11), in which the structural parameters go beyond the limits indicated in the claims, and the prototype (examples 6, 12).
Таким образом, заявленная интегральная схема СВЧ позволит по сравнению с прототипом:Thus, the claimed microwave integrated circuit will allow, in comparison with the prototype:
во-первых, улучшить электрические характеристики, а именно:firstly, to improve electrical characteristics, namely:
- повысить выходную мощность примерно на 30 процентов,- increase output power by about 30 percent,
- увеличить коэффициент усиления примерно на 1 дБ,- increase the gain by about 1 dB,
-уменьшить прямые потери примерно на 1 дБ,-reduce direct losses by about 1 dB,
- увеличить обратные потери примерно на 2 дБ- increase return loss by about 2 dB
во-вторых, повысить надежность примерно на 30 процентов;secondly, to increase reliability by about 30 percent;
в-третьих, значительно уменьшить массогабаритные характеристикиthirdly, significantly reduce weight and size characteristics
примерно в 10 раз.about 10 times.
Данная интегральная схема СВЧ с достаточно высокими электрическими характеристиками, высокой надежностью и малыми массогабаритными характеристиками особенно востребуема в радиолокационных станциях с фазированными антенными решетками, в состав которых, как указано выше, входит множество (порядка тысячи) идентичных элементов - изделий.This microwave integrated circuit with sufficiently high electrical characteristics, high reliability and small weight and size characteristics is especially popular in radar stations with phased antenna arrays, which, as indicated above, include many (about a thousand) identical elements - products.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2067362, МКИ H05K 1/18, приоритет 26.05.83, опубл. 27.09.96 г.1. RF patent No. 2067362,
2. Патент РФ №2076473, МПК H05K 1/00, приоритет 25.07.1994 г, опубл. 27.03.1997 г., бюл. №9.2. RF patent No. 2076473,
3. Патент РФ №2258330, МПК H05K 3/10, приоритет 01.08.2003 г, опубл. 10.08.2005 г., бюл. №22 - прототип.3. RF patent №2258330, IPC H05K 3/10, priority 01.08.2003, publ. 08/10/2005, bull. No. 22 is a prototype.
Claims (8)
Δ=(π·f·µ·σ)-1/2,
где Δ - глубина скин-слоя, 10-6×м;
π - постоянное число, равное 3,14…;
f - рабочая частота интегральной схемы СВЧ, МГц;
µ - относительная магнитная проницаемость;
σ - удельная проводимость, 10-6×См/м. 8. The microwave integrated circuit according to claim 1, characterized in that the depth of the skin layer is determined from the expression
Δ = (π · f · μ · σ) -1/2 ,
where Δ is the depth of the skin layer, 10 -6 × m;
π is a constant number equal to 3.14 ...;
f is the operating frequency of the microwave integrated circuit, MHz;
µ is the relative magnetic permeability;
σ is the specific conductivity, 10 -6 × S / m.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011136113/07A RU2474921C1 (en) | 2011-08-30 | 2011-08-30 | Integrated microwave circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011136113/07A RU2474921C1 (en) | 2011-08-30 | 2011-08-30 | Integrated microwave circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2474921C1 true RU2474921C1 (en) | 2013-02-10 |
Family
ID=49120584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011136113/07A RU2474921C1 (en) | 2011-08-30 | 2011-08-30 | Integrated microwave circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2474921C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2556271C1 (en) * | 2013-12-30 | 2015-07-10 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Microwave integrated circuit |
| RU2557317C1 (en) * | 2013-12-30 | 2015-07-20 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И.Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Method for manufacturing microwave integrated circuit |
| WO2015103394A3 (en) * | 2013-12-31 | 2015-11-12 | Texas Instruments Incorporated | A metal thin film resistor and process |
| RU2654970C1 (en) * | 2017-05-02 | 2018-05-23 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Microwave integrated circuit |
| RU2737342C1 (en) * | 2020-01-21 | 2020-11-27 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Integrated uhf circuit |
| RU2782184C1 (en) * | 2021-12-03 | 2022-10-21 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Microwave integrated circuit |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2067362C1 (en) * | 1983-05-26 | 1996-09-27 | Научно-производственное предприятие "Исток" | Integral microwave circuit |
| RU2076473C1 (en) * | 1994-07-25 | 1997-03-27 | Государственное научно-производственное предприятие "Исток" | Microwave integrated circuit |
| US6359337B1 (en) * | 1997-07-22 | 2002-03-19 | Dytak Corporation | Composite electrical contact structure and method for manufacturing the same |
| RU2206187C1 (en) * | 2001-12-10 | 2003-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" | Method for producing microstrip boards for hybrid integrated circuits |
| RU2258330C2 (en) * | 2003-08-01 | 2005-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" | Uhf integral circuit board |
| RU2287875C2 (en) * | 2004-07-23 | 2006-11-20 | Евгений Владимирович Берлин | Microwave hybrid integrated circuit and its manufacturing process |
| US20100258919A1 (en) * | 2009-04-09 | 2010-10-14 | Worcester Polytechnic Institute | Semiconductor patch antenna |
-
2011
- 2011-08-30 RU RU2011136113/07A patent/RU2474921C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2067362C1 (en) * | 1983-05-26 | 1996-09-27 | Научно-производственное предприятие "Исток" | Integral microwave circuit |
| RU2076473C1 (en) * | 1994-07-25 | 1997-03-27 | Государственное научно-производственное предприятие "Исток" | Microwave integrated circuit |
| US6359337B1 (en) * | 1997-07-22 | 2002-03-19 | Dytak Corporation | Composite electrical contact structure and method for manufacturing the same |
| RU2206187C1 (en) * | 2001-12-10 | 2003-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" | Method for producing microstrip boards for hybrid integrated circuits |
| RU2258330C2 (en) * | 2003-08-01 | 2005-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" | Uhf integral circuit board |
| RU2287875C2 (en) * | 2004-07-23 | 2006-11-20 | Евгений Владимирович Берлин | Microwave hybrid integrated circuit and its manufacturing process |
| US20100258919A1 (en) * | 2009-04-09 | 2010-10-14 | Worcester Polytechnic Institute | Semiconductor patch antenna |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2556271C1 (en) * | 2013-12-30 | 2015-07-10 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Microwave integrated circuit |
| RU2557317C1 (en) * | 2013-12-30 | 2015-07-20 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И.Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Method for manufacturing microwave integrated circuit |
| WO2015103394A3 (en) * | 2013-12-31 | 2015-11-12 | Texas Instruments Incorporated | A metal thin film resistor and process |
| US9502284B2 (en) | 2013-12-31 | 2016-11-22 | Texas Instruments Incorporated | Metal thin film resistor and process |
| US10177214B2 (en) | 2013-12-31 | 2019-01-08 | Texas Instruments Incorporated | Metal thin film resistor and process |
| RU2654970C1 (en) * | 2017-05-02 | 2018-05-23 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Microwave integrated circuit |
| RU2737342C1 (en) * | 2020-01-21 | 2020-11-27 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Integrated uhf circuit |
| RU2782184C1 (en) * | 2021-12-03 | 2022-10-21 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Microwave integrated circuit |
| RU2782187C1 (en) * | 2021-12-28 | 2022-10-21 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Microwave integrated circuit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2474921C1 (en) | Integrated microwave circuit | |
| JP4322414B2 (en) | Semiconductor device | |
| US9728835B2 (en) | Plasma-integrated switching devices | |
| Chung et al. | AlGaN/GaN HFET power amplifier integrated with microstrip antenna for RF front-end applications | |
| CN102148605A (en) | Radio frequency amplifier with effective decoupling | |
| US9953938B2 (en) | Tunable active silicon for coupler linearity improvement and reconfiguration | |
| EP3849078A2 (en) | Multiple-stage power amplifiers and devices with low-voltage driver stages | |
| KR860000971B1 (en) | Microwave field effect transistor | |
| Budnyaev et al. | Microwave limiter design in 180 nm SiGe BiCMOS technology | |
| RU2556271C1 (en) | Microwave integrated circuit | |
| KR100797014B1 (en) | Hybrid switch module using GaN transistor | |
| RU2654970C1 (en) | Microwave integrated circuit | |
| CN114725668A (en) | Active integrated CPW (compact peripheral component interconnect) fed broadband circularly polarized antenna | |
| Azhari et al. | A 17 GHz bandwidth 1.2 mW CMOS switching matrix for UWB breast cancer imaging | |
| US20120068793A1 (en) | Micropstrip transmission line/coplanar waveguide (cpw) transistor structure | |
| Bhatia et al. | Comparsion of feeding techniques for the design of microstrip rectangular patch antenna for X-Band applications | |
| CN107196609B (en) | Graphene radio frequency amplifier | |
| RU2737342C1 (en) | Integrated uhf circuit | |
| RU2782184C1 (en) | Microwave integrated circuit | |
| Sweeney et al. | Study on Broadband Millimeter-Wave 2-Stage Power Amplifier Design in 40-nm GaN pHEMTs | |
| JP2016174240A (en) | Semiconductor switch | |
| US7199667B2 (en) | Integrated power amplifier arrangement | |
| Giri et al. | Development of a single stage C-band pulsed power amplifier for radar transmitter | |
| RU2403650C1 (en) | High-power rf and microwave transistor | |
| Walker et al. | 1kW GaN S band radar transistor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160225 |