автореферат диссертации по электронике, 05.27.05, диссертация на тему:Исследования и разработка комплекса твердотельных микроминиатюрных интегральных схем для современных приемных устройств специального назначения

Введение

Глава

Глава

2.2 2.

Разработка схемотехнических и конструктивно-технологических принципов проектирования активных квазимонолитных интегральных схем (КМИС) на отечественной элементной базе. Существующие способы реализации функциональных узлов для СВЧ приемников. Сущность и место квазимонолитной технологии интегральных схем

Основные технологические направления микроминиатюризации ГИС по технологии КМИС. Особенности использования активных элементов. Выводы к главе

Особенности проектирования и конкретной реализации по технологии КМИС базового комплекта узлов многофункциональных приемных устройств.

Усилители промежуточной частоты СВЧ приемных устройств.

Фильтры сосредоточенной селекции.

ВЧ и СВЧ умножители частоты.

Входные устройства СВЧ тракта.

Выводы к главе

Глава 3 Разработка узкополосных объемно-полоЬковых СВЧ фильтров

3.1 Объемно-полосковые фильтры и их место в ряду узкополосных СВЧ фильтров.

3.2 Выбор типа передающей линии, материала подложки и типа фильтровой структуры

3.3 Фиксация керамической платы в корпусе. Электрогерметичность корпуса.

3.4 Элементы настройки фильтра и их фиксация. ВЧ вводы и элементы крепления фильтра. 52 Выводы к главе

Глава

Разработка методов расчета узкополосных объемно-полосковых СВЧ фильтров.

Выбор программных средств для математического моделирования объемно-полосковых СВЧ фильтров.

Анализ распределения электромагнитного поля в микрополосковой структуре СВЧ фильтра.

Корректировка модели СВЧ фильтра в программе «Microwave Garmonika». Проверка пригодности пакета «Microwave Garmonika» при высоких значениях диэлектрической проницаемости. Разработка комбинированного метода расчета объемно-полосковых СВЧ фильтров.

Синтез объемно-полосковых СВЧ фильтров с использованием разработанного метода. Выводы к главе

Глава 5 Результаты внедрения технологии квазимонолитных интегральных схем в разработку конкретных приемных устройств. 5.1 Результаты комплексного подхода к микроминиатюризации микросхем, узлов и устройств в целом.

5.2 СВЧ приемные устройства системы Госопознавания.

5.3 СВЧ приемное устройство спутниковой системы навигации.

5.4 Приемо-передающий СВЧ конвертор малогабаритной радиостанции.

5.5 СВЧ модуль гетеродина для РЛС систем УВД Б диапазона.

Выводы к главе

Диссертация является итогом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ее автора, проводившихся с 1975 по 1999г. В ней изложены результаты исследований и разработки комплекта твердотельных микроминиатюрных интегральных схем, функциональных узлов и специальной аппаратуры на их основе; изложены результаты создания и особенности применения в современных многофункциональных приемных устройствах специального назначения узкополосных объемно-полосковых миниатюрных СВЧ фильтров, совместимых по своим габаритам (в том числе по высоте) с разработанным комплектом интегральных схем.

Актуальность работы. Одним из актуальных направлений научно-технического прогресса является увеличение насыщенности наземных и летательных транспортных средств и аппаратов современными радиолокационными и связными устройствами. Исходя из особенностей применения, к числу основных требований, предъявляемых к этим устройствам, относятся малые массогабаритные характеристики, которые входят в состав обязательных требований к современной специальной аппаратуре и часто определяют принципиальную возможность ее размещения на объекте.

Учитывая постоянно растущие требования к качеству создаваемых приемных устройств, принципиально важным является выбор конструктивно-технологических методов изготовления аппаратуры, который, в свою очередь определяется свойствами и характеристиками применяемых в ней узлов и элементов.

В этой связи содержание данной работы, посвященной исследованию и разработке комплекта перспективных твердотельных микроминиатюрных интегральных схем для современных СВЧ приемных устройств специального (в указанном смысле) назначения, оптимизированных по совокупности критериев миниатюрности, надежности и цены, является актуальной задачей интегральной схемотехники.

Предложенный автором комплект интегральных схем и функциональных узлов использован в разработках ряда конкретных изделий приемной аппаратуры специального назначения.

Схемно-технологические принципы создания приемных устройств за последние десятилетия не раз подвергались кардинальному пересмотру. Если 60-е годы можно условно назвать эпохой коаксиально-волноводной техники и дискретных приборов, то уже 70-е годы характеризуются бурным расцветом в организациях, имеющих соответствующие технологические возможности, тонкопленочной технологии, микрополосковой схемотехники и полупроводниковых гибридных интегральных схем (ГИС).

Свой вклад в создание технологии и техники ГИС внесли несколько поколений инженеров и в их числе - автор данной работы [6*,25*,32*,33*,56] (здесь и далее по тексту "*" отмечены работы автора, содержащие основные результаты диссертации). Причем если поначалу в радиоприемных устройствах, создававшихся по новой технологии в значительной мере копировалась схемотехника предыдущего поколения, то со временем схемотехнические принципы построения приемников претерпели существенные изменения, все более адаптируясь к специфическим особенностям новой элементной и технологической базы.

Последнее десятилетие характеризуется все более настойчивыми и целенаправленными усилиями по созданию и внедрению во вновь разрабатываемые изделия универсальных и специализированных ВЧ и СВЧ монолитных интегральных схем. Вопросам конструирования и технологии приемных устройств посвящен целый ряд работ (см. например [1,2,3,38,56]). Однако они носят, как правило, общий характер и ориентированы в основном на опыт 70-х и начала 80-х годов. При всех своих очевидных достоинствах, с точки зрения применения в специальной аппаратуре, это направление имеет ряд принципиальных недостатков. Важнейший из них - это в ряде случаев неизбежная и естественная потеря в качестве электрических характеристик создаваемой аппаратуры. В качестве иллюстрации этого приведем два характерных примера:

• при всех достоинствах монолитных интегральных схем СВЧ малошумящих усилителей дециметрового диапазона, реализуемый на них коэффициент шума значительно (на 1дБ и более) больше чем с использованием ГИС на основе дискретных малошумящих транзисторов. Для современных специальных приемных устройств (например, в радиолокации) такое увеличение коэффициента шума недопустимо;

• известным способом уменьшения размеров формирователей стабильных гетеродинных и задающих сигналов является применение монолитных интегральных схем СВЧ синтезаторов частоты. К сожалению, этот способ не применим в большой части радиолокационных и связных приемных устройств, где требуется недостижимый для такого способа уровень фазовых шумов при малых отстройках от несущей частоты.

Еще один недостаток проявляется в связи с ужесточенными требованиями к рабочему диапазону температур и циклическим изменениям температур, предъявляемыми к специальной аппаратуре, размещаемой вне комфортной зоны. Это затрудняет использование характерной для современной массовой аппаратуры технологии поверхностного монтажа дешевых пластмассовых корпусов на многослойные стеклотекстолитовые платы.

Существенным является также и экономический фактор, препятствующий созданию специализированных монолитных СВЧ интегральных схем (которые способны обеспечить кардинальную миниатюризацию изделий) для относительно малосерийной специальной аппаратуры.

Применение же универсальных монолитных интегральных схем, как это будет показано ниже, не имеет особого выигрыша с точки зрения размеров функциональных узлов на их основе даже перед традиционной технологией ГИС, т.к. эти схемы требуют так называемой "обвязки", которая, как правило, минимизирует возможный выигрыш по занимаемой площади (табл.1,2).

Таким образом возникает противоречие: монолитные интегральные схемы не позволяют на современном этапе технологии производства реализовать весь комплекс требований к специальным приемным устройствам, в то время как использование классических гибридных интегральных схем не обеспечивает современных требований к массогабаритным характеристикам устройств.

Разрешением этой дилеммы на современном этапе технологии является предлагаемый нами усовершенствованный вариант гибридной технологии, являющейся логическим развитием известной гибридной технологии и превосходящий по степени миниатюрности создаваемых функциональных устройств как вариант классической гибридной технологии, так и вариант на универсальных монолитных интегральных схемах [5*,11*]. Суть этой технологии будет описана ниже. Здесь же отметим, что поскольку этот технологический вариант лишен многих недостатков классической гибридной технологии и обладает многими достоинствами технологии монолитных интегральных схем, его условно можно назвать технологией квазимонолитных интегральных схем (КМИС).

Исторически техника гибридных интегральных схем развивалась по нескольким направлениям. В ВЧ тракте функциональные узлы по гибридной технологии в определенной степени воспроизводили классическую схемотехнику, что вело, в частности, к созданию многотранзисторных структур. Примером такой схемы является усилитель промежуточной частоты [53]. Он выполнен по каскодной схеме с включением между усилительными транзисторами транзисторного регулятора. В состав схемы входит также оконечный эмиттерной повторитель. Площадь этой достаточно плотной по упаковке схемы составляет около 160мм2. При построении ГИС СВЧ тракта характерным было стремление к реализации наилучших электрических характеристик схем, что вело к использованию разных типов передающих линий (в том числе щелевых и компланарных), реализации схем с обратными связями, использованию мостовых схем и другими решениями, далеко не всегда ведущими к минимизации размеров устройства [52].

Первоначально интерес к КМИС был связан в первую очередь со слабым развитием (особенно в СВЧ диапазоне) монолитных интегральных схем. Однако, поскольку и сегодня, как указывалось выше, имеется ряд задач, в которых ГИС нет альтернативы, предлагаемый усовершенствованный вариант технологии ГИС не только способен выдерживать конкуренцию с МИС, но и являться наилучшим решением проблемы с точки зрения миниатюризации создаваемой аппаратуры. Для обоснования данного тезиса в таблицах 1 и 2 приведены сравнительные электрические характеристики и реализованные размеры двух распространенных в приемниках типов функциональных устройств, изготовленных автором по различным технологиям. В табл.1 сравниваются варианты реализации усилителей промежуточной частоты (на диапазон частот до 200МГц), изготовленных с применением универсальных монолитных интегральных схем (первые две позиции), по традиционной гибридной технологии (третья позиция), а также по предлагаемой технологии КМИС. Сравнение электрических характеристик проведено по коэффициенту усиления (Кр), коэффициенту шума (Кш), линейной выходной мощности (Рвых) и по потребляемой мощности (Рпотр.). Далее в таблице приведены размеры корпусов входящих интегральных схем (с выводами) и реализуемая площадь, занимаемая функциональным узлом (включая блокировочные и проходные конденсаторы, резисторы ввода питания и т.п.). таблица 1

Вариант технологической реализации Кр дБ Кш ДБ Рвых мВт Рпотр. мВт Площадь корпуса (с выводам), мм2 Площадь схемы, мм2 Примечания на основе ИС INA 03184 (Hewlett Packard) >25 <2.5 >1.5 <30 29.7 300 80 [56], собств. разраб. на основе ИС MGA 86563 (Hewlett Packard) >22 <2 <2.5 <50 4.8 700 50 [56] собств. разработка

УПЧ то технологии ГИС >20 <3 >3 <50 - 68 [541

УПЧ по технологии КМИС >20 <3 >3 <50 - 7.5 [55]

В табл.2 сравниваются варианты реализации СВЧ смесителей дециметрового диапазона, изготовленных с применением универсальных монолитных интегральных схем (первые две позиции), по традиционной гибридной технологии по балансной схеме (третья позиция), а также по предлагаемой технологии КМИС. Сравнение электрических характеристик проведено по частотному диапазону, коэффициенту преобразования (Кр), коэффициенту шума (Кш) и по потребляемой мощности (Рпотр.). Далее в таблице приведены размеры корпусов входящих интегральных схем (с выводами) и реализуемая площадь, занимаемая функциональным узлом (включая блокировочные и проходные конденсаторы, резисторы ввода питания и т.п.).

Вариант технологической реализации Частотный диапазон, ГГц Кр, дБ Кш, дБ Рпотр. мВт Площадь корпуса, мм2 Площадь схемы, мм2 Примечания на основе ИС IAM 81008 (Hewlett Packard) 0.05-5 +9 <18 <60 30 300 120 [56] собств. разработка на основе ИС (Mini-Circuits) 0-2 -7 <8 30 >100 собств. разработка балансный то технологии ГИС 1-1.5 -7 <9 25 - >140 [53] по технологии КМИС 0.5-3 -6 <8 <30 - 9 [55]

Из анализа сравнительных характеристик таблиц 1 и 2 вытекает, что современная гибридная технология позволяет создавать функциональные узлы по размерам сравнимые с аналогичными, изготовленными с применением универсальных СВЧ монолитных интегральных схем. Использование же технологии КМИС позволяет создавать функциональные узлы с размерами, меньшими чем собственно корпуса монолитных интегральных схем и, тем самым, уменьшить реализуемую площадь функциональных узлов в 6-30 раз как по сравнению с устройствами на основе ГИС, так и с устройствами на основе серийных универсальных монолитных интегральных схем.

Как показали результаты работы, комплексное использование при создании приемных устройств технологии КМИС позволяет не только обеспечить массогабаритные характеристики, сопоставимые или превосходящие возможности технологии монолитных интегральных схем, но и реализовать электрические характеристики, зачастую недостижимые другим способом.

В работе приводятся результаты комплексного подхода к технологическим, схемотехническим и конструктивным проблемам приемных устройств специального назначения; предложены принципы проектирования микроминиатюрных твердотельных интегральных схем для специальной приемной аппаратуры. Предложен комплект интегральных схем и функциональных узлов на их основе:

Следует подчеркнуть, что основными критериями при разработке являлись универсальность и микроминиатюризация создаваемых устройств.

Одними из ключевых элементов многофункциональных приемных устройств, определяющих его массогабаритные характеристики (особенно в дециметровом диапазоне длин волн) являются узкополосные высокодобротные полосовые СВЧ фильтры. Их разработка и совершенствование конструкции является актуальной проблемой. За десятилетия работы предложен широкий спектр такого рода устройств -от коаксиальных воздушных фильтров до фильтров на ПАВ и на диэлектрических резонаторах. В связи с массовым применением в современных приемных устройствах технологий гибридных и монолитных интегральных схем, характеризующихся, в частности, малыми размерами и особенно высотой реализуемых функциональных устройств, актуальной является задача создания фильтров, оптимизированных по критерию миниатюрности и совместимости по высоте с функциональными узлами, изготовленными по планарной технологии. В работе предложены [11*] узкополосные объемно-полосковые СВЧ фильтры на керамике с высокой диэлектрической проницаемостью, удовлетворяющие данным требованиям.

Принцип работы объемно-полосковых фильтров заключается в том, что итоговая характеристика фильтра образуется при совместном участии как собственно фильтрующей тонкопленочной встречно-стержневой структуры, так и корпуса, верхняя крышка которого находится настолько близко от поверхности полосковой структуры, что внутренний объем начинает принимать самое непосредственное участие в 7 формировании амплитудно-частотной характеристики. В результате совместного действия перечисленных факторов, получается эффективная по электрическим параметрам и очень компактная (особенно по высоте) электрогерметичная конструкция, технологически хорошо совместимая с устройствами современной твердотельной электроники.

Следует отметить, что к моменту начала работ по созданию объемно-полосковых фильтров, да и до настоящего времени отсутствует достоверная и производительная методика расчета таких фильтров. Отдельную и достаточно сложную задачу представляет вопрос проектирования конструкции рассматриваемых фильтров с учетом обеспечения технологичности их настройки. В литературе опыт проектирования и использования такого рода фильтров отсутствует.

Цель работы. Основной целью работы является исследование и разработка с использованием отечественной твердотельной элементной базы комплекта твердотельных микроминиатюрных интегральных схем для современных многофункциональных приемных устройств дециметрового диапазона специального назначения, предназначенных для эксплуатации в широком диапазоне дестабилизирующих факторов.

Для достижения поставленной цели необходимо было провести комплекс теоретических и экспериментальных исследований [5*, 11*] и решить ряд задач в области схемотехники, конструирования и технологии многофункциональных приемных устройств.

Основными из них являются:

1. Разработка схемотехнических и конструктивно-технологических принципов проектирования квазимонолитных интегральных схем (КМИС) на основе отечественной элементной базы.

2. Реализация по технологии КМИС базового комплекта узлов многофункциональных приемных устройств. Комплект включает в себя устройства для узкополосной фильтрации СВЧ сигналов, преобразования частоты, умножения частоты с высокой кратностью, малошумящего усиления, а также для усиления в тракте промежуточной частоты с использованием для фильтрации сигналов технологии ПАВ.

3. Разработка методики расчета с учетом влияния объемных эффектов узкополосных (до 2%) СВЧ фильтров дециметрового диапазона - объемно-полосковых фильтров на керамике с высокой диэлектрической проницаемостью.

4. Разработка базовой конструкции узкополосных объемно-полосковых СВЧ фильтров дециметрового диапазона волн на керамике с высокой диэлектрической проницаемостью, оптимизированной по критерию совместимости по высоте с функциональными узлами, изготовленными по планарной технологии.

Научная новизна результатов работы:

1. В разработанных объемно-полосковых СВЧ фильтрах электромагнитное поле в зазоре между керамикой и экраном используется для формирования АЧХ. При этом экран максимально приближен к микрополосковой структуре, а его влияние на характеристики фильтра используется для обужения полосы пропускания, что является новым для этого класса узкополосных микрополосковых фильтров дециметрового диапазона.

2. Впервые предложенное использование в микрополосковых фильтрах со встречно-стержневой структурой резонаторов с пониженным волновым сопротивлением и связанное с этим увеличение ширины резонаторов (в 10 и более раз), позволило эффективно решить проблему настройки и создать узкополосный объемно-полосковый СВЧ фильтр, отличающийся малой высотой, близкой к высоте основных узлов СВЧ тракта современных приемных устройств и тем самым существенно уменьшить реализуемые массогабаритные характеристики разработанных и разрабатываемых изделий.

3. Проведено исследование распределения электромагнитного поля в реальной структуре объемно-полоскового СВЧ фильтра. Для проведения этих исследований применялось трехмерное компьютерное моделирование с использованием пакета программ «Micro-Stripes». В результате этих исследований внесены коррективы в исходную двумерную модель встречно-стержневых фильтров для пакета программ «Microwave Garmonika» и разработана высокопроизводительная методика машинного проектирования с учетом влияния возникающих объемных эффектов для узкополосных СВЧ фильтров дециметрового диапазона - объемно-полосковых фильтров на керамике с высокой диэлектрической проницаемостью.

4. В результате теоретического и экспериментального исследования разработана серия оригинальных узкополосных объемно-полосковых СВЧ фильтров в электрогерметичных корпусах с полосковыми выводами и элементами настройки. Конструкция фильтров оптимизирована по критерию совместимости по высоте с функциональными узлами, изготовленными по планарной технологии.

5. Обосновано комплексное использование разработанных конструктивно-технологических и схемотехнических принципов проектирования твердотельных микроминиатюрных интегральных схем СВЧ диапазона, которое позволяет значительно уменьшить реализуемые массогабаритные характеристики СВЧ приемных устройств специального назначения.

6. На основе предложенных принципов проектирования и проведенных исследований разработан комплект квазимонолитных схем, а также ряд важнейших узлов СВЧ и ПЧ трактов и устройств на их основе ( см. табл.В-1, В-2 выводов). В результате достигнуто: а) уменьшение площади функциональных узлов от 2 до 15 раз по сравнению с аналогичными, выполненными по стандартной технологии ГИС; б) уменьшение от 2 до 4 раз размеров приемных устройств, которые построены на элементной базе, использующей разработанные нами квазимонолитные схем и функциональные узлы на их основе;

Практическая ценность диссертационной работы :

1. Разработанные конструктивно-технологические принципы проектирования квазимонолитных интегральных схем ВЧ и СВЧ диапазонов использованы при создании комплекта важнейших узлов СВЧ и ПЧ трактов (умножители высокой кратности, частотно-избирательные цепи, СВЧ умножители частоты, малошумящие усилители, преобразователи частоты, усилители ПЧ). Перечисленный комплект интегральных схем (ИС) удовлетворяет требованиям специальной аппаратуры и при этом позволяет уменьшить реализуемую площадь функциональных узлов в 2-15 раз как по сравнению с устройствами на основе ГИС, так и по сравнению с устройствами на основе серийных универсальных монолитных интегральных схем, что дает возможность значительно уменьшить реализуемые массогабаритные характеристики разрабатываемых устройств.

2. Разработанная методика проектирования с учетом влияния возникающих объемных эффектов узкополосных (до 2%) объемно-полосковых СВЧ фильтров позволяет вести с высокой производительностью синтез такого рода фильтров без их промежуточного макетирования.

3. Разработанная базовая конструкция оригинального плоского электрогерметичного корпуса с элементами настройки для объемно-полосковых СВЧ фильтров отличается малой высотой, близкой к высоте основных узлов СВЧ тракта современных приемных устройств. Это позволяет существенно уменьшить реализуемые массогабаритные характеристики разрабатываемых устройств. Разработанная конструкция использована в серийной аппаратуре и используется в текущих разработках.

4. Предложенные в работе конструктивно-технологические и схемотехнические принципы проектирования квазимонолитных интегральных схем и устройств на их основе использованы при разработке приемных СВЧ устройств для ответчиков BPJI (изделие 680), приемного и передающего преобразователей частоты для наземной системы спутниковой связи «Банкир», СВЧ приемного устройства навигационного двухдиапазонного приемоиндикатора, применяются при создании приемо-передающих устройств для фазированной антенной решетки Ь и 8 диапазона (ОКР «Пакет», ОКР «Пакетик», ОКР "Увертюра").

Положения, выносимые на защиту:

1. При современном уровне технологии применение функциональных устройств, выполненных на основе разработанной технологии квазимонолитных интегральных схем позволяет оптимальным образом реализовать требования к техническим параметрам приемной СВЧ аппаратуры специального назначения дециметрового диапазона волн в сочетании с ее максимальной миниатюризацией. Комплексное использование разработанных конструктивно-технологических и схемотехнических принципов проектирования квазимонолитных интегральных схем позволяет уменьшить размеры функциональных узлов (по сравнению с аналогичными, выполненными по стандартной технологии ГИС) от 2 до 15 раз. В основу этих принципов заложено:

• ориентация схемотехники на предельную минимизацию размеров схемы;

• использование для селекции обрабатываемых сигналов оригинальных объемно-полосковых СВЧ фильтров на керамике с высокой диэлектрической проницаемостью и кристаллов фильтрующих устройств на ПАВ;

• использование кристаллов дискретных активных элементов;

• ужесточение норм на размеры элементов исходя из предельных возможностей современного сборочного оборудования;

• использование встроенных в технологический процесс пленочных резисторов с повышенными нормами на рассеиваемую мощность;

• применение специальных малогабаритных конденсаторов вместо общепринятых К10

17; а>

2. Использование в микрополосковых фильтров со встречно-стержневой структурой V резонаторов с пониженным волновым сопротивлением и связанное с этим увеличение их ширины (в 10 и более раз), позволяет создавать миниатюрные узкополосные объемно-полосковые СВЧ фильтры, отличающиеся малой высотой, близкой к высоте основных узлов СВЧ тракта современных приемных устройств, и тем самым существенно уменьшает реализуемые массогабаритные характеристики разработанных и разрабатываемых изделий

3. Использование комбинации двумерной (доработанной с учетом реального распределения электромагнитного поля в объеме фильтра) и трехмерной программ для расчета узкополосных СВЧ фильтров дециметрового диапазона позволяет вести производительное проектирование данного класса фильтров без этапа промежуточного макетирования.

Апробация диссертационной работы и публикации: 8 статей, 7 отчетов

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти основных глав с выводами, общих выводов, списка литературы из 56 наименования и одного приложения. Основное содержание работы изложено на 107 страницах, включая 52 рисунка и 6 таблиц.

Выводы к главе 5.

1. Предложенные в работе и рассмотренные в предыдущих главах конструктивно-технологические и схемотехнические принципы проектирования квазимонолитных интегральных схем и устройств на их основе использованы при разработке приемных СВЧ устройств для ответчиков ВРЛ (изд. 680), приемного и передающего преобразователей частоты для наземной системы спутниковой связи «Банкир», СВЧ приемного устройства навигационного двухдиапазонного приемоиндикатора, применяются при создании приемо-передающих устройств для фазированной антенной решетки Ь и Б диапазона (ОКР «Пакет», ОКР «Пакетик») и в других текущих разработках предприятия.

2. При современном уровне технологии, реализация высоких требований к техническим параметрам специальной приемной СВЧ аппаратуры дециметрового диапазона в сочетании с ее максимальной миниатюризацией наилучшим образом достигается при использовании функциональных устройств, выполненных на основе технологии квазимонолитных интегральных схем.

3. Использование в многофункциональных приемных устройствах базовой конструкция миниатюрного электрогерметичного корпуса объемно-полосковых СВЧ фильтров отличающихся малой высотой, близкой к высоте основных узлов СВЧ тракта позволяет существенно уменьшить реализуемые массогабаритные характеристики разрабатываемых изделий.

4. Использование разработанных корпусов объемно-полосковых СВЧ фильтров в качестве естественного элемента межкаскадной электромагнитной развязки позволяет в значительной степени исключить специальное секционирование объема многофункциональных СВЧ устройств и уменьшить их массогабаритные характеристики.

5. Основными направлениями микроминиатюризации, использованными в серии разработанных приемных устройств являются рациональная компоновка с использованием экранирующих возможностей двухэтажной конструкции, использование СВЧ фильтров и внешних герметизирующих крышек в качестве элементов межкаскадной электромагнитной развязки и широкое комплексное использование последних достижений технологии КМИС на уровне микросхем и функциональных узлов:

Заключение

Комплексное использование рассмотренных в работе направлений позволило снять существующее при конструировании СВЧ приемных устройств противоречие, заключающееся в том, что монолитные интегральные схемы не позволяют на современном этапе технологии производства реализовать весь комплекс требований к специальным приемным устройствам, в то время как использование классических гибридных интегральных схем не обеспечивает современных требований к массогабаритным характеристикам устройств и позволило решить актуальную задачу создания (в том числе на основе существующей отечественной твердотельной элементной базы с отработанной системой контроля качества) современных конкурентоспособных СВЧ приемных устройств специального назначения, оптимизированных по совокупности критериев миниатюрности, надежности и цены.

Диссертационная работа обобщает многолетний труд в области разработки твердотельных микроминиатюрных интегральных схем, объемно-полосковых фильтров, функциональных узлов и специальных приемных устройств на их основе. Предложенный автором комплект интегральных схем и функциональных узлов использован в разработках ряда конкретных изделий приемной аппаратуры специального назначения.

В результате выполненной диссертационной работы получены следующие основные результаты и выводы:

1. Предложено и обосновано комплексное использование разработанных конструктивно-технологических и схемотехнических принципов проектирования твердотельных микроминиатюрных интегральных схем СВЧ диапазона, которое позволяет значительно уменьшить реализуемые массогабаритные характеристики СВЧ приемных устройств специального назначения. В основу этих принципов заложено:

• ориентация схемотехники на предельную минимизацию размеров схемы;

• использование для селекции обрабатываемых сигналов оригинальных объемно-полосковых СВЧ фильтров на керамике с высокой диэлектрической проницаемостью и кристаллов фильтрующих устройств на ПАВ;

• использование кристаллов дискретных активных элементов;

• ужесточение норм на размеры элементов исходя из предельных возможностей современного сборочного оборудования;

• использование встроенных в технологический процесс пленочных резисторов с повышенными нормами на рассеиваемую мощность;

• применение специальных малогабаритных конденсаторов вместо общепринятых К10-17;

2. Разработан комплект микроминиатюрных квазимонолитных интегральных схем. На их основе созданы функциональные узлы и СВЧ приемные устройства специального назначения. Сводные данные по номенклатуре разработанных функциональных устройств на основе технологии квазимонолитных интегральных схем приведены соответственно в таблицах В-1 и В2. Как видно из таблиц, применение в разработанной нами аппаратуре функциональных узлов, выполненных на основе разработанного нами комплекта интегральных схем позволило оптимальным образом реализовать в дециметровом диапазоне требования к техническим параметрам приемной аппаратуры в сочетании с ее максимальной миниатюризацией. Достигнутые при разработке аппаратуры технические характеристики подтверждают, что на современном уровне развития микроэлектроники, построение профессиональных приемных устройств с применением элементной базы в виде квазимонолитных интегральных схем оптимально с точки зрения конструктивно-технологических решений. По экспертной оценке стоимость таких устройств будет в 2.5-6 раз меньше стоимости аналогичных, выполненных по традиционной технологии гибридных интегральных схем. При этом габаритные размеры уменьшатся в 3-7 раз.

Комплект разработанных квазимонолитных интегральных схем (КМИС) для применения в специальной аппаратуре

1. "Проектирование радиоприемных устройств" под ред. А.П. Сиверса М "Сов Радио", 1976г.2. «Радиоприемные устройства» под ред. В.И. Сифорова Москва, «Советское радио» 1974г.

2. Е.С. Niehnke, R.D.Hess «A compact broad-band multifunction ECM MIC module» IEEE Trans on MTT, voi.MTT-30, N12, December 1982, pp.2194-2200.

3. D.N.McQuiddy, R.L.Gassner «Transmit/Receive module technology for X-band active array radar» Proc. of IEEE vol.79, N3, march 1991, pp.308-340.

4. С.П. Иванов, Е.Г. Ливанская и др. «Сверхширокополосные усилители СВЧ на полевых транзисторах с барьером Шотки». «Обзоры по электронной технике» серия 1 Электроника СВЧ, вып. 16 (1306) Москва, ЦНИИ «Электроника», 1987г.

5. И.И. Бородуленко, В.А. Мальцев «Узкодиапазонные стабильные твердотельные СВЧ-генераторы и устройства малой и повышенной мощности». «Электронная техника», сер.1 СВЧ техника, вып. 3 (463), 1994г., стр.3-8.

6. В.И. Пильдон «Полупроводниковые умножительные диоды» Москва, «Советское радио», 1981г.20*. НТО по ОКР «Барьер-ТМ-Посев-М». Москва, 1996г. 21*. НТО по НИР «Сотрудничество». Москва, 1995г.

7. А.И. Афанасьев «Шумовые характеристики СВЧ генераторов с дискретной перестройкой частоты p-i-n диодами». «Электронная техника», сер.1 СВЧ техника, вып. 3 (427), 1990г., стр. 14-16.23*. НТО по ОКР «Навигатор СВЧ». Москва, 1994г.

8. Каталог фирмы "Murata", 1997г.

9. В.П. Леонченко и др. "Расчет полосковых фильтров на встречных стержнях", М. "Связь", 1975г.

10. Э.В. Айзенберг, И.И. Бледнов «Малошумящий приемный модуль для ретрансляторов магистральных радиорелейных линий связи диапазона бГГц». «Электронная техника». Сер. Электроника СВЧ, вып. 11(350), 1983г., стр. 23-27.

11. Э.В. Айзенберг «Микрополосковые смесители для СВЧ приемопередающей аппаратуры радиорелейных линий связи диапазона 6 и 8ГГц». «Электронная техника». Сер. Электроника СВЧ, вып. 1(349), 1983г., стр. 3-7.

12. С.И. Семин, B.C. Цымбалюк «Элементная база для аппаратуры средств связи». «Техника средств связи» сер. Техника радиосвязи, вып.4, 1983г., стр.76-82.

13. Г. Ханзел "Справочник по расчету фильтров" Пер. с англ. Под ред. А.Е. Знаменского, М., "Советское радио", 1976г.

14. R. W. Rhea «HF filter design and computer simulation» Noble publishing corporation», 1994.41. «Конструкции СВЧ устройств и экранов» под ред. A.M. Чернушенко Москва, «Радио и связь» 1983г.

15. В. Фуско «СВЧ цепи. Анализ и автоматизированное проектирование» пер. С англ. Под ред. А.А.Вольман, Москва, «Радио и связь», 1990г.

16. Е.А. Воробьев «Экранирование СВЧ конструкций» Москва, «Советское радио», 1979г.

17. М.К. Kober «New microstrip bandpass filter topologies» Microwave Journal, july 1997, vol.40, N7, pp. 138-144.

18. И.В. Лебедев «Техника и приборы СВЧ» Москва, «Высшая школа», 1970г.

19. S.-Y Lin, C.C. Leee «А full wave analysis of microstrips be boundary element method» IEEE Trans on MTT vol. 44, N11, 1996, pp. 1977-1983.

20. Описание программы фирмы «Compact Software» «Super-Compact, Microwave Harmonica, Microwave Scope», vol.l «Reference volume», vol.2 «Elements library», 1994.

21. C.H. Аржанов, A.A. Баров и др. " Гибридные интегральные функциональные элементы и устройства СВЧ". "Электронная промышленность", 1998г., №2, стр. 137-144.

22. Комплект конструкторской документации ЖК2.027.007.

23. Комплект конструкторской документации БКВП.431322.002.

24. Комплект конструкторской документации БКВП.431322.011.

25. Справочник материалов по применению компонентов фирмы «Хьюлетт-Паккард» Москва, Консультационный центр фирмы «Хьюлетт-Паккард», 1994г.

26. Примечание: знаком "*" отмечены работы автора, содержащие основные результаты диссертации.1•i1. КБ«Пряч*л»1. ЖешикЮО. • г.iff

27. Настоящий акт составлен в Севдерука Ю. С. использованы

28. Настоящий акт составлен в том, что результаты диссертационной работы Сендерука Ю.С. использованы при разработке литерных СВЧ модулей гетеродина для изделия 1Л117М.

29. В состав изделия 1Л117М, разработка которого ведется в ФГУП КБ «Лира», входят литерные СВЧ модули гетеродина, разработанные Ю.С.Сендруком.

30. Главный конструктор изделия 1Л117М1. Начальник отдела1. И.Н. Беляевг. Москваг » ОС>2000 г.

31. Утверждаю" Заместитель Генерального директораи1. АКТиспользования результатов, полученных в ходе выполнения диссертационной работы начальника отдела Сендерука Ю.С. в НИОКР, проводимых НПП "Пульсар"

32. Сотрудничество", ОКР "Признак 40-УВД", ОКР "Банкир-2", ОКР "Банкир-3", ОКР "Оса-М", ОКР "Навигатор -СВЧ", ОКР "Пакет", ОКР "Пакетик".

33. Начальник технического отдела НПП "Пульсар"

34. Главный инженер НПП "Пульсар"1С2000г.к1. С/ 2ооог.

35. УТВЕРЖДАЮ тор предприятия КРИТ1. Ю. Фурсов0! , " апреля 2000 г.и1. АКТ

36. Настоящий акт составлен в том, чю результаты диссертационной работы Сендерука Ю, С. иегюльзййаша при создании бортовой аппаратуры в рамках НИР «Туранга».

37. Отличительной особенностью указанных умножителей частоты является сочетание их эффективности и миниатюрности, достигнутое благодаря удачным конструктивно- технологическим решениям, использованным при создании узла.

38. Надежность разработанной Ю.С. Сендеруком конструкции подтверждается фактом отсутствия отказоь в течение всего срока эксплуатации как при наземных, так и в натурных испытаниях.

39. Главный конструктор аппаратуры «Туранга» предприятия КРИТ.