Микроэлектроника СВЧ

1. Микроэлектроника СВЧ Егорова М.В. Гр. М45051

2. 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. 

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

4. 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.

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

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

7. 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.

8. СВЧ электроника в автомобильном транспорте

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

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

11. 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

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

13. 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

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

15. Прямое травление толстых пленок

16. 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

17. 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

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

19. Экранированная микрополосковая линия передачи

20. Щелевая микрополосковая линия передачи Компланарный волновод

21. 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 р—n - 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.

22. 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.

23. …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.