ISBN 5—06—001170—4
Рассмотрены элементы и узлы микросхем СВЧ, получившее широкое распространение в современной микроэлектронике СВЧ.
Анализируются полосковые линии передачи и пассивные устройства на их основе, технические особенности и конструкции узлов приемных и передающих устройств (диодных автогенераторов, транзисторных усилителей мощности, малошумящих параметрических и транзисторных усилителей, диодных преобразователей частоты). Даны описание в основные методы расчета микрополосковых антенн н активных фазированных антенных решеток.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Широкое внедрение -в промышленность микроэлектронных устройств СВЧ обусловлено развитием теории и технологии изготовления пленарных интегральных схем. Разработка линий передачи различных типов в интегральном исполнении позволила создать миниатюрные пассивные базовые элементы для устройств СВЧ с хорошей воспроизводимостью параметров при групповых методах изготовления. Достижения в области микроэлектроники СВЧ были бы невозможны без успешного развития полупроводниковой электроники, что позволило разработать принципиально новые приборы диапазона СВЧ — переключательные и лавинно-пролетные диоды, диоды Ганна, полевые транзисторы СВЧ с затвором Шотки и др.
На основе микрополосковых линий передач, сосредоточенных R-, L- и С-элементов и набора различных полупроводниковых приборов СВЧ разработаны практически все функциональные узлы и устройства, имеющие аналоги в традиционной «дискретной» радиоэлектронике. Ведутся интенсивные работы по созданию устройств на интегральных схемах СВЧ для бортовой ра* диотехнической аппаратуры — приемно-передающих модулей РЛС, аппаратуры управления и связи* радиотехнических систем с активными фазированными антенными решетками (АФАР) и др. Уменьшение числа разъемных соединений между отдельными функциональными узлами при конструировании микроэлектронных блоков СВЧ позволяет значительно снизить массу и габариты аппаратуры, повысить ее надежность.
Перспективы развития малогабаритной моноблочной радиоэлектронной аппаратуры во многом связаны с развитием АФАР. Действительно, если считать, что при увеличении объема производства снижается стоимость изделий, то именно АФАР являются идеальной сферой применения микроэлектронных устройств СВЧ. При этом речь идет о проектировании не только АФАР, в которых используются приемно-передающие модули. Успехи в разработке диодных фазовращателей в интегральном исполнении обеспечивают их широкое применение и в пассивных антенных решетках.
Особенностью проектирования микроэлектронных устройств СВЧ является сочетание упрощенных методов расчета, применяемых на этапе предварительной проработки технического пред* ложения, с методами автоматизированного проектирования. Эти методы позволяют провести строгий анализ работы устройств и
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............................ 3
Часть I. Пассивные микроэлектронные устройства СВЧ ....... 6
Глава 1. Линии передачи СВЧ ................... 6
§ 1.1. Микрополосковая линия.................. 6
§ 1.2. Щелевая и копланарная линии............ 24
§ 1.3. Связанные линии передачи................ 28
Глава 2. Элементы и узлы интегральных схем СВЧ......... 40
§ 2.1. Индуктивности, емкости, резисторы, согласованные нагрузки 40 } 2.2. Резонаторы на микрополосковых и щелевых линиях, диэлектрических структурах ................ 47
§ 2.3. Устройства возбуждения линий передачи, переходы, коротко-
замыкатели....................... 53
Глава 3. Устройства СВЧ..................... 57
$ 3.1. Направленные ответвители и мосты........... 57
| 3.2. Делители и сумматоры мощности............ 68
| 3.3. Устройства управления фазой и амплитудой сигнала ... 76
§ 3.4. Фильтры СВЧ...................... 87
Глава 4. Автоматизированное проектирование пассивных устройств
СВЧ . . ....... . .-............ . . . . 101
§ 4.1. Общие сведения..................... 101
§ 4.2. Матрица рассеяния многополюсника.......... 102
§ 4.3. Метод декомпозиции................... 105
§ 4.4. Дифракция электромагнитных волн на скачке ширины проводника экранированной МПЛ.............. 108
§ 4.5. Дифракция электромагнитных волн на двух близко расположенных скачках ширины полоскового проводника МПЛ . НО § 4.6. Нерегулярный полосковый тракт с каскадно включенными
неоднородностями.................... ИЗ
$ 4.7. Дифракция электромагнитных волн на стыке двух многопроводных МПЛ...................... 115
§ 4.8. Примеры реализации алгоритмов анализа ступенчатых не-
однородностей МПЛ................... 117
Часть II. Активные микроэлектронные устройства СВЧ........ 124
Глава 5. Физические основы работы генераторов СВЧ на диодах Ганна 124
5.1. Диод Ганна....................... 124
5.2. Математическая модель диода Ганна........... 126
5.3. Эквивалентная схема генератора на диоде Ганна..... 130
5.4. Режимы работы генераторов на диодах Ганна...... 132
5.5. Обсуждение результатов моделирования......... 135
5.6. Оптимальные параметры диода Ганна........... 138
Глава 6. Проектирование диодных автогенераторов СВЧ....... 140
§ 6.1. Квазилинейная теория диодных автогенераторов...... 140
| 6.2. Низкочастотные колебания в цепи питания диода..... 143
§ 6.3. Упрощенная математическая модель генераторного диода . 148 § 6.4. Методика проектирования электрических схем диодных автогенераторов ...................... 151
279
§ 6.5. Пример проектирования цепи СВЧ генератора на диоде
Ганна.......................... 154
§ 6.6. Конструирование диодных автогенераторов........ 155
Глава 7. Усилители мощности на полевых транзисторах СВЧ .... 160
§ 7.1. Общие сведения.................... . 160
§ 7.2. Полевой транзистор СВЧ 1............... 162
§ 7.3. Нелинейная эквивалентная схема полевого транзистора с
затвором Шотки..................... 164
§ 7.4. Линеаризованная эквивалентная схема полевого транзистора с затвором Шотки.................. 169
§ 7.5. Проектирование усилителей мощности на ПТШ..... 170
Глава 8. Параметрические усилители................ 173
§ 8.1. Общая характеристика малошумящих усилителей..... 173
§ 8.2. Основные характеристики регенеративных резонансных усилителей ......................... 175
§ 8.3. Функциональная схема многочастотного ППУ....... 180
§ 8.4. Параметрические диоды................. 183
§ 8.5. Двухконтурный ППУ.................. 187
§ 8.6. Одноконтурный ППУ.................. 191
§ 8.7. Методы улучшения характеристик ППУ.......... 193
§ 8.8. Пример расчета двухконтурного ППУ.......... 196
§ 8.9. Конструкции ППУ.................... 198
Глава 9. Транзисторные усилители СВЧ............... 200
§ 9.1. Общие сведения о транзисторах и транзисторных усилителях СВЧ......................... 200
§ 9.2. Бесструктурные модели транзистора СВЧ......... 202
§ 9.3. Устойчивость транзисторных усилителей СВЧ . . .'. . . 205 § 9.4. Расчет узкополосных усилителей графоаналитическим методом ........................... 209
§ 9.5. Примеры расчета узкополосных усилителей........ 215
§ 9.6. Особенности построения транзисторных усилителей СВЧ . . 222
§ 9.7. Практические схемы транзисторных усилителей...... 224
Глава 10. Диодные преобразователи частоты............ 226
§ 10.1. Общие сведения о преобразователях частоты и смесительных диодах....................... 226
§ 10.2. Электрические характеристики смесителя......... 228
§ 10.3. Балансные и двойные балансные смесители....... 235
§ 10.4. Преобразователи частоты с подавлением зеркального канала .......................... 238
Часть III. Антенны СВЧ в интегральном исполнении......... 240
Глава Л. Плоскостные излучатели................. 240
§ 11.1. Общие сведения.................... 240
§ 11.2. Основные типы излучателей............... 241
§ 11.3. Расчет основных характеристик антенн......... 245
§ 11.4. Печатные антенные решетки.............. 251
Глава 12. Активные фазированные антенные решетки........ 257
§ 12.1. Общие сведения.................... 257
§ 12.2: Общие методы оценки энергетических параметров АФАР 258
§ 12.3. Оптимизация массогабаритных характеристик АФАР ... 268
§ 12.4. Стоимостные характеристики АФАР........... 271
Заключение............................ 275
Литература............................ 276
Предметный указатель................... 277
Цена: 150руб.
