Диссертация (1090806), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Однако, виддиаграммы направленности является искаженным в связи с наличием СВЧ зонда изондов питания с трёх сторон от МИС.Для МШУ со встроенной антенной проведены измерения коэффициентапередачи, КСВН выхода и тока потребления, согласно рисунку 4.7 [93].G123G2G3451VD6G4D – МИС МШУ с антеннойG1, G2, G3, G4 – источники питанияV – векторный анализатор цепейРисунок 4.7 - Схема включения МИС МШУ с приемной антенной при измеренияхтока потребления, КСВН по выходу и коэффициента передачиВ этом случае входной сигнал поступает не на антенну, а на контактнуюплощадку (в место подключения антенны к МШУ) при помощи зонда.
Такойвариант измерений был промоделирован, результаты расчетов показаны нарисунке 4.8. По сравнению с исходным МШУ, наблюдается снижениекоэффициента передачи, особенно в диапазоне 54-57 ГГц, при этом кривая немногосместилась в более низкочастотную область. Зависимость КСВН выхода отчастоты практически не изменяется, можно отметить лишь незначительноеснижение в районе 60 ГГц.—104 —а) зависимость коэффициента передачиб) зависимость КСВН выхода отот частотычастотыРисунок 4.8 - Сравнение расчетных характеристики МШУ без антенны (красныелинии) и с антенной на входе (синие линии)Результаты зондовых измерений МШУ со встроенной антенной показаны нарисунке 4.9.
Стоит отметить, что измерения коэффициента передачи носятсправочный характер, поскольку наличие антенны не позволяет получить точныезначения, а также измерить КСВН входа.205184.516412КСВН ВЫХS21, дБ1410863.532.5241.52054 55 56 57 58 59 60 6162 63 64 65 66 67154 55 56 57 58 59 60 61Частота, ГГц62 63 64 65 66 67Частота, ГГца) зависимость коэффициентаб) зависимость КСВН выхода отпередачи от частотычастотыРисунок 4.9 – Результаты измерений малосигнальных S-параметров МШУ совстроенной антенной—105 —Измерения показали ожидаемый сдвиг коэффициента передачи в болеенизкочастотную область и снижение коэффициента передачи в нижней частирабочего диапазона. Как видно из результатов исследований, коэффициентпередачи в рабочем диапазоне имеет значение около 14-19 дБ.
КСВН выхода имеетминимум на частоте 58 ГГц, что хорошо согласуется с результатамипроектирования и измерениями МШУ без антенны. Ток потребления составил87 мА. В целом, измерения показали хорошее соответствие расчетных результатови результатов измерений.4.3 Сравнение результатов разработанного усилителя с мировыми аналогамиВ таблице 8 и на рисунке 4.10 проведено сравнение разработанногоусилителяскоммерческимианалогамипоосновнымтехническимхарактеристикам.Таблица 8 – Сравнение разработанного МШУ с мировыми аналогамиПроизводительСерийныйномерТипгетероструктурыЧастота,ГГцS21,дБIRL,дБORL,дБNF,дБТок,мАНапряжение, ВРазмерыкристалла, мм2TriQuintTGA4600pHEMT, GaAs57-6513-20-644131.62 x 0.84FMM5716XGaAs57-6420-10-1553031.54 x 0.7CHA2159pHEMT, GaAs55-6520-7-1141153.52.35 x 1.11CHA2157pHEMT, GaAs55-6010-5-83.5803.31.71 x 1.04MicrosemiMMA036AAНе указан0-6511-15-152.3*854.5-MicrosemiMMA035AAНе указан0-6511--4.5*1507-SumitomoElectric IndustriesUnited MonolithicSemiconductorUnited MonolithicSemiconductorMicrosemiMMA034AAНе указан0-6510.5--5.5*2508-Analog Devices(Hittite)HMC-ALH382GaAs57-6522-12-104.5642.51.55 x 0.73RF-LAMBDAR50G69GSAНе указан50-6910.5-15-203.82205-RF-LAMBDAR50G69GSBНе указан50-6922-10-105-61525-RF-LAMBDAR50G69GSCНе указан50-6940-8-742275-DucommunALN-61086015pHEMT, GaAs57-6515-10-10610012-DucommunALN-61086030pHEMT, GaAs57-6530-10-10615012-ИСВЧПЭ РАН5411УВ01НHEMT, GaN57-6416-10-106.58352.26 x 1.51* - приведено значение коэффициента шума на 20 ГГц.S21 – коэффициент передачи;IRL (Input Return Loss) – входные обратные потери;—106 —ORL (Output Return Loss) – выходные обратные потери;NF (Noise Figure) – коэффициент шума (KШ).ИСВЧПЭ РАН (5411УВ01Н)S21, дБI, мАIRL, дБКШ, дБORL, дБРисунок 4.10 – Сравнение характеристик разработанного МШУ смировыми аналогамиРазработанный усилитель является единственным, разработанным нагетероструктурах нитрида галлия – широкозонном полупроводнике [94].
Посовокупности характеристик, разработанный усилитель находится на уровнелучших мировых образцов. В перспективе характеристики МШУ на нитридегаллия могут быть улучшены за счет совершенствования технологии и освоенияотечественных подложек из карбида кремния, совершенствования гетероструктури повышения MaxGain транзисторов, а также использования теплоотвода.—107 —ЗАКЛЮЧЕНИЕВ ходе выполнения работы получены следующие основные результаты исделаны соответствующие выводы:− проведены исследования статических и СВЧ параметров тестовых HEMTтранзисторов на гетероструктурах AlGaN/AlN/GaN/Сапфир с топологическиминормами 140 нм, показавшие возможность создания МИС диапазона 57-64 ГГц;− на основании исследований транзисторов построены нелинейная и шумоваямодели транзистора, корректно описывающие параметры транзисторов в диапазонедо 67 ГГц и позволяющие разработать МИС МШУ диапазона 57-64 ГГц;− по построенным моделям разработаны принципиальная схема и топологияусилителя, проведено моделирование на основе сосредоточенных элементов иэлектродинамическое моделирование, которые показали достижимость требуемыххарактеристик в рабочем диапазоне;− проведено моделирование микрополосковой антенны для диапазона 5764 ГГц, согласованной со входом усилителя и имеющей расчетную формудиаграммы направленности кардиоидного вида;− проведены исследования встроенной антенны, измерения диаграммынаправленности показали форму близкую к кардиоиде в рабочей полосе частот;− исследованыизготовленныеобразцымалошумящегоусилителя,показавшие работоспособность в диапазоне 57-64 ГГц, достижение коэффициентапередачи более 16 дБ и коэффициента шума менее 6.5 дБ, хорошее соответствиерасчетных и измеренных результатов.
Разработанный МШУ находится на уровнелучших мировых образцов;− проведены исследования СВЧ системы-на-кристалле, состоящей измалошумящего усилителя и встроенной антенны, показавшие работоспособностьсистемы и увеличение выходного сигнала на значение порядка 18 дБ при подаченапряжения на усилитель.—108 —ГабаритыразработаннойМИСсоставили1.15x2.26мм2дляМШУ (5411УВ01Н) и 1.15 x 3.4 мм2 для МШУ с антенной (5411УВ01АНАЕНВ.431130.293ТУ), что позволит использовать данную МИС при созданиикомпактных систем передачи сигнала в диапазоне частот 57-64 ГГц.—109 —ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ2DEG – двумерный электронный газ;GaN – нитрид галлия;GaAs – арсенид галлия;GSM (Global System for Mobile Communications) – глобальная система длямобильной связи;GPS (Global Positioning System) – система глобального позиционирования;HEMT (High-electron-mobility transistor) – транзистор с высокой подвижностьюэлектронов (ТВПЭ);IRL (Input Return Loss) – входные обратные потери;LNA (Low-Noise Amplifier) – малошумящий усилитель (МШУ);ORL (Output Return Loss) – выходные обратные потери;PAE (Power Added Effeciency) – коэффициент полезного действия (КПД);АЧХ – амплитудно-частотная характеристика;ВАХ – вольт-амперная характеристика;ДН – диаграмма направленности;КСВН – коэффициент стоячей волны по напряжению;МИС – монолитная интегральная схема;МОП – металл-оксид-полупроводник (МОП-структура);МПА – микрополосковая антенна;МШУ – малошумящий усилитель;САПР – система автоматизированного проектирования;СВЧ – сверхвысокочастотный;СнК – система на кристалле;УМ – усилитель мощности.—110 —СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ1.
Вишневский,В.Миллиметровыйдиапазонкакпромышленнаяреальность. Стандарт 802.15.3с и спецификация WirelessHD / В. Вишневский, С.Фролов, И. Шахнович // Электроника НТБ. – 2010. – № 3. – С. 70–78.2. Викулов, И. Беспроводные системы связи осваивают четырехмиллиметровый диапазон / И. Викулов // Электроника НТБ.
– 2009. – № 2. – С. 2–5.3. 2014 U.S. and European frequency allocation charts [Электронный ресурс].Режимдоступа:http://mwrf.com/download-2014-us-and-european-frequency-allocation-charts-free, свободный (дата обращения 01.05.2016)4. Шахнович, И. Компания INFINEON TECHNOLOGIES от сенсоров дорешений для опорных сетей в E- и V-диапазонах / И. Шахнович //Электроника НТБ. – 2016. – № 5. – С. 70–74.5.
Андреев, А. Отечественный рынок радиоэлектронной аппаратуры:Анализ и выработка управленческих решений / А. Андреев, С. Дашкевич,В. Евсеев, Г. Егоров, И. Наливкин // Электроника НТБ. – 2014. – № 5. – C. 132–142.6. ГосударственнаяпрограммаРоссийскойФедерации«Развитиеэлектронной и радиоэлектронной промышленности на 2013-2025 годы» //Электронная промышленность. – 2013. – № 2.
– С. 1-91.7. Кочемасов, В. Электронные компоненты иностранного производства.Ограничение экспорта в Россию / В. Кочемасов, Е. Строганова // Электроника НТБ.– 2013. – № 1. – C. 124–129.8. Комаров, А.С. Управление техническим уровнем высокоинтегрированных электронных систем (научно-технологические проблемы и аспектыразвития) / А.С. Комаров, Д.В. Крапухин, Е.И. Шульгин; под редакцией д.т.н.,проф. П.П. Мальцева. – М.: ТЕХНОСФЕРА, 2014. – 240 с.9. Хохлов, С. Итоги деятельности радиоэлектронной промышленности в2013 году и основные задачи на 2014 год / С. Хохлов // Электроника НТБ.
– 2014. –№ 5. – C. 10–14.—111 —10. Гольцова, М. TriQuint Semiconductor. Продвигаться дальше и быстрее / М.Гольцова // Электроника НТБ. – 2012. – № 1. – C. 76–79.11. Белов, Л. Твердотельные усилители малой и средней мощности / Л. Белов// Электроника НТБ. – 2006. – № 5. – С. 46–54.12.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
