Микроэлектроника СВЧ Егорова М.В. Гр. М45051

СВЧ – сверхвысокие частоты: 300МГц – 300 ГГц. Частоты этого диапазона играют большую роль в передаче разного вида информации, а также в таких видах техники как радиолокация и радионавигация. Более длинные волны – УКВ, более короткие волны: волны субмиллиметрового диапазона, ИК излучение. СВЧ электроника стала инженерной наукой во время второй мировой войны в связи с рождением радиолокации и в течение нескольких десятилетий развивалась, обеспечивая решение задач военной техники.

Типичная схема СВЧ-приемника Основные функциональные элементы: Усилитель слабых сигналов Преобразователь частоты Гетеродин Генератор (в составе СВЧ-передатчика)

Области применения Начиная с 1935 –1945 гг. техника СВЧ обслуживала радиолокацию. В настоящее время радиолокационные станции (рлс) получили широкое невоенное применение: авиация, морской транспорт, автомобильный транспорт: рлс автоинспекции, рлс защиты от столкновений.

Спутниковое телевидение Для обеспечения приёма ТВ сигнала, преданного с искусственного спутника Земли решающую роль играет малошумящий усилитель на GaAs транзисторах (НЕМТ).

Чем определяется диаметр антенны ТВ приемника? Размер антенны приёмника определяется мощностью, которая должна быть захвачена антенной из потока мощности, излучаемой передатчиком на спутнике.

Сотовая связь с подвижными объектами Для сотовой связи выбраны частоты порядка 1 или 2 ГГц (Длина волны l = 30 –15 см). Это определяется стремлением иметь недлинную антенну: h = (0,1 – 0,2) l, а также особенностями распространения волн в условиях города.

СВЧ электроника в автомобильном транспорте

Радар автоинспекции для определения скорости движущегося объекта использует эффект Допплера. Излучаемый сигнал Принятый сигнал Сдвиг частоты

… а также: антирадар: приемник, регистрирующий излучение полицейского радара антистолкновительный радар радары для парковки радары для движения в строю машин система спутниковой навигации на автомобиле

Технологические и конструктивные основы СВЧ интегральных микросхем По конструктивно-технологическим признакам, а также с учетом элементной базы, гибридно-пленочные микросхемы СВЧ можно разделить на две основные группы: микрополосковые схемы с распределенными параметрами пассивные RCL-микросхемы, содержащие сосредоточенные элементы

Микрополосковая линия передачи. 1 подложка толщиной h, 2 проводник полосковой линии шириной w, 3 проводящий слой на обратной стороне подложки.

СВЧ микросхемы с распределенными параметрами изготавливают тремя основными способами: нанесение и вжигание паст по толстопленочной технологии гальваническое наращивание толстых пленок в сочетании с фотолитографией и напылением термическое испарение в вакууме в сочетании с фотолитографией

Гальваническое наращивание толстых пленок в сочетании с фотолитографией и напылением а – наращивание меди по сформированно му рисунку; б – осаждение меди в окна фоторезиста;

Прямое травление толстых пленок

Микрополосковые схемы, содержащие сосредоточенные элементы по своей структуре и конструкции напоминают низкочастотные микросхемы общего назначения отличаются от последних повышенной толщиной рабочих слоев и малыми номинальными значениями элементов расчет пассивных сосредоточенных элементов аналогичен расчету пленочных R- и С- элементов с учетом повышенной мощности и добротности предназначены для работы в более низкочастотной области СВЧ диапазона

Поперечный разрез СВЧ- микросхемы, выполненной методом прямого травления толстых пленок 1 – диэлектрическая подложка 2 – золотые контактные площадки 3 – алюсиниевая пленка(обкладки конденатора) 4 – диэлектрик конденсатора 5 – толстый слой меди 6 – защитный антикоррозионный слой 7 – резистивный слой 8 – адгезионный подслой

Пассивные СВЧ устройства - узлы, выполненные из отрезков линий передач (устройства в которых нет источников СВЧ колебаний) Несимметричные полосковые линии Щелевые линии Компланарные волноводы

Экранированная микрополосковая линия передачи

Щелевая микрополосковая линия передачи Компланарный волновод

Активные СВЧ устройства СВЧ полупроводниковые приборы. наиболее употребительные в настоящее время активные полупроводниковым элементы СВЧ: транзисторы и диоды с отрицательным сопротивлением разных типов диоды, имеющие нелинейную зависимость емкости рn - перехода от напряжения (например параметрические диоды, варакторы и диоды с накоплением заряда (ДНЗ) за исключением параметрических усилителей и генераторов, устройства с нелинейной емкостью не обладают активными свойствами. Это пассивные умножители СВЧ, а также устройства для амплитудной, частотной и фазовой модуляции.

Элементы настройки и регулировки электромагнитных систем Введение навесных элементов механической регулировки резко ухудшает технологичность изделия. Неизбежный разброс параметров полупроводниковых элементов, а также ошибки изготовления при отсутствии регулировочных элементов могут затруднить реализацию оптимальных режимов работы устройства. Поэтому желательно предусматривать элементы подбора параметров электромагнитных систем, а также использовать электронные способы перестройки.

…ИТАК: гибридные устройства СВЧ могут иметь худшие параметры, чем аналогичные устройства на объемных электромагнитных системах. Тем не менее их применение оправдывается: существенным улучшением технологичности а также уменьшением габаритов и массы, особенно для маломощных устройств.