Универсальный приемо-передающий канал Х-диапазона на основе СВЧ МИС собственной разработки

Опубликовано в сборнике докладов Российского Форума МИКРОЭЛЕКТРОНИКА 2023.

В статье представлены результаты разработки, испытаний и освоения серийного производства универсального приемо-передающего канала (ППК) Х-диапазона на основе СВЧ монолитных интегральных схем (МИС) разработки АО «Микроволновые системы». Приводятся описание и технические характеристики комплекта МИС СВЧ, являющихся основными элементами ППК. Отражаются результаты измерения ППК в режимах приема и передачи.

Основой любого приемо-передающего модуля является приемо-передающий канал, в состав которого входят приемный и передающий тракты, отвечающие за достижение не только электрических характеристик ППМ, но и всей системы в целом. Получившая широкое развитие в мировой промышленности практика создания полупроводниковых компонентов fablessfoundry дает возможность одновременной разработки и совершенствования характеристик всех компонентов радиолокационного комплекса (интегральных схем, модулей, блоков, комплекса в целом), что принципиально отличается от разработки на основе коммерчески доступных компонентов сторонних производителей. Кроме того, возникшие в последние годы проблемы поставок электронных компонентов вынуждают разработчиков радиоэлектронной аппаратуры искать новые пути создания как самих электронных компонентов, так и аппаратуры на их основе. Применение в приемо-передающих модулях СВЧ-диапазона монолитных интегральных схем (МИС) на основе широкозонных материалов позволило добиться высокой повторяемости характеристик СВЧ-тракта, повысить надежность аппаратуры, а также положительно сказалось на уменьшении массы и габаритных размеров. Кроме того, существенно снижается трудоемкость изготовления и настройки ППМ в серийном производстве.

Приемо-передающий канал разработки АО «Микроволновые системы (рис. 1) конструктивно представляет собой многослойную печатную плату, смонтированную на основание из МД-40 — псевдосплава с высокой теплопроводностью. В специализированные окна на пьедесталы устанавливаются СВЧ МИС различного функционала, в дальнейшем экранируемые защитными металлическими крышками. При проектировании печатной платы тракты СВЧ располагаются в среднем слое с электрорадиоэкранированием вышестоящим слоем. Это решение позволило решить вопрос взаимного влияния каналов друг на друга. При разработке ППК специалисты АО «Микроволновые системы» использовали общемировую специализацию fablessfoundry в области создания полупроводниковых

В состав приемо-передающего канала в качестве выходного усилителя мощности входит МИС GaN импульсного усилителя мощности Х-диапазона MSN560V с выходной мощностью более 9,5 Вт в диапазоне частот 8,5‒11,0 ГГц. Отличительными особенностями микросхемы являются наличие встроенного направленного детектора контроля уровня выходной импульсной мощности и малая площадь кристалла (3,8 мм2), что примерно в пять раз меньше площади типовых GaAs МИС усилителей с аналогичной выходной мощностью. Усилитель мощности MSN560V был разработан в кратчайшие сроки. Многолетний опыт дизайн-центра АО «Микроволновые системы» в области разработки МИС СВЧ различного назначения позволил с первого запуска получить удовлетворяющее техническим требованиям изделие. Выход годных на пластинах составил около 80 %. Управляемые фазовращатели и аттенюаторы СВЧ-тракта являются основными элементами технологии аналогового диаграммообразования АФАР. В разработанном канале функция управления амплитудой и фазой сигнала как в приемном, так и в передающем тракте возложена на многофункциональные МИС MSP003D и MSP012D.

Основные электрические параметры ППК

• рабочий диапазон частот — Х;
• выходная импульсная мощность — 9,5‒11,0 Вт;
• коэффициент усиления в режиме «передача» — 36 дБ;
• коэффициент усиления в режиме «прием» — 34 дБ;
• коэффициент шума приемного канала — 1,9 дБ;
• возможность управления фазой сигнала в режимах «прием/передача» — шаг 1,5 град.;
• возможность управления амплитудой сигнала в режимах«прием/передача» — шаг 0,5 дБ.