Справочник по радиолокации. Книга 1 (1151798), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Например, во время закупки метеорологического доплеровского радара 1ЧЕХКАВ в середине 1980-х рассматривался магнетрон, но он не мог удовлетворить требованию подавления помех, поэтому ХЕХКЛГ) работает на клистроне. В прошлом в некоторых РЛС дальнего действия для наблюдения за воздушным движением использовался магнетрон, но клистрон кажется более предпочтительным выбором для этого приложения. Усилитель со скрещенными полями. Данные лампы были использованы в некоторых основных радиолокационных приложениях, потому что они имеют хоро- 6 Глава 10.
Радиолокационный иередатчик твердотельные передатчики часто являются менее эффективными, они могли бы быть более тяжелыми и их стоимость может быть больше, чем аналогичная радиолокационная система на вакуумных лампах. Выше было сказано, что отсутствует общий консенсус во мнениях относительно важности тех или иных характеристик зля всех радиолокационных приложений. Инженер-разработчик радиолокационных систем должен не просто сравнить отдельные различия твердотельных и вакуумных передатчиков при определении, какой тип источника СВЧ-мощности использовать в любом конкретном приложении. Выбор между двумя типами передатчиков следует делать путем сравнения КПД каждого типа при использовании в конкретной радиолокационной системе.
Если предположить, что твердотельные и вакуумные радары предназначены для Литература приходится передавать второй (короткий) импульс длительностью 1 мкс и на другой частоте, отличающейся от частоты длинных импульсов. Он обнаруживает цели в диапазоне от 0,5 морской мили или менее до расстояния около 5,5 морских миль. Длинный импульс использует нелинейное ЧМ-сжатие импульсов при степени сжатия 55:1 для достижения ряда разрешений менее чем 1/8 морской мили, как это требуется для РЛС управления воздушным движением. Типовые боковые лепестки по шкале времени при нелинейном ФМ-сигнале были на 58 дЬ ниже максимального отклика, Коул и др.
155) утверждают, что для того, «чтобы обеспечить постоянную работу силовых транзисторов„необходимых для производства панелей усилителей мощности, 1ЧогФгор С~гипипап разработала собственное производство 522 Глава 11. 'Хвердотельные передатчики У фаз для управления лучом может быть реализован при низких уровнях мощности на стороне входа активного модуля решетки; это позволяет избежать высоких потерь мощности в фазовращателях на излучающих элементах, повышающих общий КПД. Кроме того, пик уровней СВЧ-мощности в любой точке является относительно низким, потому что выходы объединены только в пространстве. Уменьшение амплитуды можно достичь за счет отключения или ослабления отдельных активных усилителей решетки. Для системы с фазированной антенной решеткой с умеренным уровнем мощности твердотельные устройства предоставляют определенные преимущества, которые делают всю систему привлекательной в качестве основы для радиолокационных передатчиков.
11.2. Преимущества твердотельиьп устройств отельные илители Т/В- одуль Облучатели из фикси- злементое Глава 11. Твердотельные иередатчики твердотельных передатчиков очень высока, даже если обслуживание откладывается до удобных или запланированных периодов, однако этим преимуществом не следует злоупотреблять, Рассмотрим случай, когда отказывают 20% из 1000 модулей, прежде чем выходная мощность упадет ниже требуемого уровня, и предположим, что техническое обслуживание происходит с запланированным трехмесячным интервалом.
В этом случае наработка на отказ модуля должна быть только 22 000 часов, чтобы обеспечить 90%-ю уверенность, что передатчик не откажет менее чем за три месяца. Стоимость замены модулей и заработная плата персонала, однако, оказываются значительными, потому что почти 40% оборудования передатчика необходимо заменять каждый год. Таким образом, нужно обеспечить наибольшие сроки наработки на отказ, чтобы передатчик был доступным не только 1/.3. 7всрдотееоеие устройства 527у~ обычно изготавливают по отдельности, а затем используют общую согласующую схему размещения, чтобы они надлежащим образом функционировали в усилителе, Высокопроизводительные транзисторы для работы на более высоких частотах, чем 5-диапазон, обычно строятся с использованием полупроводниковых соединений.
Такие транзисторы могут давать высокие частоты среза и демонстрировать усиление на значительно более высоких частотах, чем кремниевые устройства. Например, электроны в арсениде галлия ~Бай) движутся примерно вдвое быстрее, чем в кремнии. Устрои*ства на его основе имеют более высокую скорость насыщения электронов и подвижность, что позволяет им функционировать на частотах Ж-диапазона. СаАь-транзисторы производят меньше шума, чем кремниевые % 11З. Твердоте.гьные уетроиатва 529 ))~ рассеиваемой энергии возможно за счет уменьшения рабочего напряжения и мощности, — это один из способов достижения желаемой надежности. Другим методом является снижение температуры окружающей среды с использованием охлаждающей жидкости в радиаторе усилителя. Эти решения не всегда имеют практическое приложение, поскольку оказывается, что расположение самого транзистора часто оптимизировано для конкретного импульса и скважности в целях достижения оптимальной производительности и надежности при самой низкой рабочей температуре.
Активная область транзистора на поверхности чипа (чип иногда называют д пч» п~п л аа аю ) г",я%" пппб шя ГТО пяччР пРъда $4а АлчОйи пяР1иь1Р Р~$и$4ьп1$ л (ячР~:,...„, ~... ~".', ': „,.;,~~".' 11.3. Твердотельные устройства БЗ! ~~'',' отдельные области, где происходит его ослабление или задержка: необходимо время на заряд емкости перехода змиттер-база, затем тратится время на переход через базу и через обедненный коллекторный слой и, наконец, на заряд резисторно-емкостной цепи коллектора. Конструкция высокочастотного транзистора основана на принципах оптимизации физических параметров, которые вносят вклад в общее время задержки ~10~. Конструктивные проблемы при проектировании кремниевых биполярных транзисторов высокой мощности — это поддержание однородной высокой плотности тока на большой площади эмиттера с минимальным повышением темпера- тупы.
Лля высокочаетотних устпойстн тпе6уются мелкие. узкие 6л'...,..:",.... *.;-.::.'.."..;. 11.3. Твердотельные устройства 535 ~ ~ 7 — 10 В следует ожидать нормированной плотности выходной мощности 0,6— 0,8 Вт/мм, для более совершенных СаАк РНЕМТ-структур. работающих при напряжениях 11 — 28 В, можно ожидать 1,1 — 2,0 Вт/мм нормированной плотности выходной мощности. Таким образом, для достижения уровня мошности 20 Вт на частоте 10 ГГц при работе на 15 В нужно объединить параллельно примерно 80 выводов затвора.
Большее число параллельных выводов неизбежно приведет к снижению входного и выходного сопротивлений, что еще более усложняет возможность обеспечить желаемый импеданс для требуемой полосы частот. Высокие коэффициенты преобразования полного сопротивления и более широкая полоса частот неизменно способствуют дополнительным потерям в соответстю ~п!иу.. Глава 11. Твердотельные иередатчики Типичные рабочие характеристики для баАз РЕТ РНЕМТ с периферией 1 мм 70 60 О 50 а 40 Д ЗО ,10, на 10 ГГц при+7 В и 25 С 14 12 10 8 Б о 4 11.4. Проектирование иолуироводниковых кориусированных иередатчиков 537 11.4.
Проектирование полупроводниковых корпусированных передатчиков Конструкция радиолокационных передатчиков неизменно требует наличия антенны со значительной мощностью излучения, чтобы соответствовать минимальным требованиям сохранения некоторого минимального отношения сигнал/шум при приеме сигнала. Влияние требования высоких уровней излучаемой СВЧ-мощности имеет фундаментальное значение при разработке полупроводниковых передатчиков, поскольку требуемая высокая СВЧ-мощность должна быть достигнута 3: ф» 11.4. Проеюлирование иолуироводниковых кориусированных иередатчиков 539 ) становится максимальной для данной первичной входной мощности. В общем, переход база-эмиттер является обратно смещенным и ток коллектора протекает менее половины СВЧ-цикла.
Ток коллектора протекает обратно только тогда, когда входное напряжение превышает обратное смещение входного и выходного напряжений, действующих через резонансно настроенную нагрузку. Конечным результатом является высокий КПД усилителя. Практические преимущества использования усилительного каскада со смещением класса С: е отсутствие протекания статического постоянного тока, когда устройство не возбуждено, например, когда радиолокатор находится в режиме приема.
Следова- П.5. Проектирование твердотельных передатчиков для фазированных 543 Ц антенных решеток время нарастания и спада, которое составляет порядок наносекунд. Спектр импульсного выходного сигнала данной формы импульса может не соответствовать требованиям на спектральное излучение, поэтому может возникнуть необходимость замедлить нарастание и спад. Тем не менее рабочая область усилителя с оптимальным КПД приходится на ту ситуацию, когда транзистор возбуждается в режим насыщения, поэтому в большом передатчике может быть много каскадов усилителей, работающих в режимах насыщения. При большом количестве каскадных усилителей в режиме насыщения становится очень трудно контролировать нарастание и спад в результате нелинейности, которая вносится в передаточную 4унк1гию по мошности пепелятчикя .Гпеловатепьно может потпебор,,":-.-.,;!.-:,:.;-.
11.5. Проектирование твердотельных нередатвиков дяя фазированных Б4® ~ антенных решеток как следствие, схемы являются компромиссом между стремлением к оптимальной СВЧ-производительности, высокому уровню интеграции и правилами производства, что согласуется с возможностью получения ММ1С на основе СаА~. Среди конструкций схем на одном чипе, которые были разработаны для УВЧ- и СВЧ-диапазонов, имеются усилители мощности, малошумящие усилители, широкополосные усилители, фазовращатели, аттенюаторы, Т/К-переключатели и другие конструкции со специальными функциями. Отдельные конструктивные соображения относительно этих функций ММ1С описаны ниже. Усилители мощности 1. В первую очередь рассматривается площадь, отводимая под параллельное 11.5. Проектирование твердотельньи иередатчиков для фазированнь~х антенных ре~аеток Глава 11. Твердотельные иередатчики Эпитаксиальные слои Мезотравление и имплантация молекул кислорода для изоляции Напыление и наплавка металлических микроструктур для формирования омических контактов Электронное (или оптическое) 11.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
