книги из ГПНТБ / Микроминиатюризация элементов радиоэлектронной аппаратуры

фильтров в волноводном, коаксиальном или полосковом испол­ нении и проконтролировать электрические параметры создан­ ной конструкции по элементам при настройке усилителя.

лосовых фильтров с Чебышевской характеристикой избирательности. «Элек­ тросвязь», № 2, т. 1, 1961.

5. M а т т е й Д. Л. и др. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи свя­ зи. М., «Связь», 1971.

6. Ф е л ь д ш т е й н А. Д., Я в и ч Л. Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М., «Связь», 1971.

сокочастотные диапазоны, в последние 5—6 лет распространи­

лась на диапазон СВЧ.

Это стало возможным благодаря созданию полупроводни­ ковых приборов СВЧ, выполняющих все основные радиотехни­ ческие функции. Однако по мере внедрения полупроводнико­ вых приборов в практику, становилось ясно, что дальнейшая миниатюризация СВЧ устройств ограничивается не размера­ ми активных полупроводниковых приборов, а размерами вол­ новодных элементов.

51

Это объясняется тем, что полная постановка задачи синте­ за волноводных устройств приводит к краевой задаче для си­ стемы уравнений Максвелла, которая в подавляющем большин­ стве случаев не имеет простых аналитических решений. В свя­ зи с этим получили интенсивное развитие различные косвенные методы синтеза волноводных устройств, справедливые лишь при выполнении определенных ограничений. Необходимость учета соответствующих ограничений приводит к тому, что син­ тезируемые устройства имеют большие габариты и, кроме то­ го, проектирование конкретных устройств зачастую сопряжено с трудоемкой экспериментальной подгонкой. Поэтому для дальнейшей миниатюризации СВЧ устройств особое значение приобретает разработка более совершенных методов теорети­ ческого анализа и синтеза волноводных устройств, основанных на непосредственном решении краевой задачи для системы уравнений Максвелла.

В данной работе рассматривается один из методов прямо­ го электродинамического синтеза согласующих устройств ши­ рокополосного транзисторного усилителя СВЧ.

Задача синтеза решается при следующих ограничениях:

1) согласующие устройства представляют собой отрезки не­ регулярной симметричной экранированной полосковой линии;

ми определяется выражением

52

3) область допустимых размеров центрального проводника определяется неравенствами:

(к — I , 2 , . . . , / я ) ;

Вft -<^. ВыаііС

4) согласующие устройства являются обратимыми и реак­ тивными четырехполюсниками.

Рис. 2

С учетом последнего ограничения обобщенную схему уси­ лителя можно представить в виде каскадного соединения четы­ рехполюсников (рис. 2).

Известно, что коэффициент передачи усилителя будет мак­ симальным при оптимальном согласовании на входе и выходе усилителя. В этом случае элементы матрицы рассеяния входно­

аз

a элементы матрицы рассеяния выходного согласующего уст­ ройства должны удовлетворять уравнениям:

Рассчитывают элементы матрицы рассеяния прямыми чис­ ленными методами, изложенными в работах [1], [2]. Поскольку для синтеза входного и выходного согласующих устройств применяют аналогичные методы, то в работе приведена мето­ дика синтеза только одного согласующего устройства — вход­ ного.

54

В такой постановке исходная задача синтеза может быть решена методами математического программирования. Для этого, воспользовавшись соотношениями ( 1 ) и (3), введем кри­ терий качества согласования в следующем виде:

Это множество может состоять из одного элемента, кото­ рый называется целью. Однако решение этой задачи в общем случае сопряжено с большими затратами машинного времени, поэтому в работе рассматривается так называемая s-задача, т. е. определяется решение X*, отличающееся по показателю качества не более чем на е > 0 :

Эта задача в пространстве оптимизируемых параметров (А'} имеет уже целую область S* решений X*, и, следовательно, можно при снижении требований к точности определения экс­ тремума существенно уменьшить объем вычислительной ра­ боты.

Выбор той или иной стратегии поиска экстремума опреде­ ляется прежде всего характером функции показателя качества, которая на допустимом множестве 5 может быть унимодаль­ ной или мультимодальной.

55

Мод<ии,Р0й>Ание

еходны* П . \ Р Л М « Т » О В

1110 РйбнамгРномѵ Ъ А ^ О Н Ѵ

Вычисление

Q(X)

Счетчик цислк

У С П Е Ш Н Ы Х ИСПЫТАНИИ

а.

О прад,йл<?.ниг

1

Гл£Ч8Т ОБМСТИ И5М«Н«ИИЯ

пгр<гн<г(шых ни к-и шлгг ArtX-t-rndxYuc-mln-X-ue

Рис. з

У ДК 621.396.622.23

В. M. Антропов, Ф. Л. Гладыш

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОМПЛЕКСНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВЧ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

Достигнутые за последнее время успехи в области микро­ электроники и технологии изготовления микросхем позволили решить такие задачи разработки и производства радиоэлек­ тронной аппаратуры, которые по техническим и экономическим соображениям были прежде нереальны.

.Наиболее важным шагом в проектировании радиоэлектрон­ ных систем, использующих достижения микроэлектроники и определяющих возможности ее развития, является создание многоканальных фазированных антенных решеток (ФАР). В каждый канал такой системы входят модули, состоящие из по­ следовательного соединения СВЧ элементов. К таким модулям предъявляют следующие требования:

—поперечные габаритные размеры не должны превышать приблизительно половины длины волны;

—минимальная потребляемая мощность и вес;

—идентичность амплитудных и фазовых характеристик;

—групповая технология изготовления;

—низкая стоимость.

Последнее требование — одно из наиболее важных, во мно­ гом определяющее возможности практического применения та­ ких систем, так как количество каналов может достигать не­ скольких тысяч и даже десятков тысяч в одном образце [2J.

Развитие методов математического моделирования широ­ кой номенклатуры СВЧ схем, достижения в области полупро­ водниковой техники и технологии сделали возможной априор­ ную оптимизацию характеристик проектируемых функциональ­ ных узлов и компонентов и их конструктивное и схемное по­ строение.

Представляется затруднительным дать достаточно общий взгляд на всю номенклатуру функциональных узлов и компо­ нентов, используемых в ФАР, не утратив при этом предметнос­ ти и логичности анализа. Поэтому все последующее рассмотре-

68

ние принципов построения устройств многоканальных ФАР и некоторых вопросов их проектирования проводится на приме­ ре СВЧ входных приемных устройств, как наиболее сложных и характерных.

Большинство из известных типов входных устройств, такие как мазеры и ЛБВ, не удовлетворяют требованиям примене­ ния в многоканальных ФАР из-за больших габаритов, веса и ряда других недостатков.

Полупроводниковые параметрические усилители и усили­ тели на туннельных диодах используют эффект регенерации, в связи с чем они узкополосны. Эти устройства критичны к ок­ ружающим температурам. При их использовании трудно до­ биться построения идентичных каналов и обеспечения высокой помехозащищенности систем.

В то же время в каждом входном устройстве после усили­ теля устанавливается преобразователь частоты. Поэтому было бы заманчиво получить на нем малый коэффициент шума и обойтись без УВЧ. При этом все остальные требования обеспе­ чиваются автоматически.

Рассмотрим предельные характеристики преобразователей СВЧ, обеспечивающие минимальный коэффициент шума.

Коэффициент шума преобразователей СВЧ определяют вы­

Д408, температура шума лежит в пределах 1,5—2,5, для совре­ менных диодов с барьером Шоттки эта величина получена ме­

Величина потерь преобразования зависит от крутизны пря­ мой ветви вольт-амперной характеристики и уменьшается с ее увеличением. Как показано в ряде работ [1, 4], минимальная величина потерь преобразования L = 3 дБ в широкополосном режиме и стремится к 0 дБ в режиме короткого замыкания или холостого хода для сигналов зеркальной частоты.

59