Емкостные элементы ИС СВЧ

для короткой замкнутой линии

                       

при   

 

1. разрыв линии

 

 

                              

 

2. последовательный конденсатор на встречных штырях

 

 

3. параллельный конденсатор на встречных штырях

 

 

4. плоский последовательный конденсатор

 

 

Схемная модель 2).

Конденсаторы с "боковой связью" (штыревые, щелевые) имеют  и  по сравнению с конденсаторами с "лицевой связью", но более технологичны.

Увеличение  штыревых конденсаторов достигается увеличением числа секций (широких и коротких для уменьшения ).

 

5. Могут быть перестраиваемые конденсаторы на обратно смещенном диоде Шоттки (для перестраиваемых генераторов и контуров) – варикапы.

на анод подключен

Для увеличения  применяют встречно-штыревую структуру (анод и катоды).

 

Резистивные элементы ИС СВЧ

           Пленочные резисторы используются в качестве нагрузок, делителей, цепей управления и питания. Основные параметры –  – поверхностное сопротивление, температурный коэффициент удельного сопротивления (ТКС), тепловое сопротивление, максимально допустимая рассеиваемая мощность. В качестве материалов используют металлы, керметы, (смеси Cr и SiO). Для изготовления полупроводниковых резисторов используется тот же слой, что и для каналов ПТШ, но имеют два недостатка: а). нелинейные ВАХ (насыщение скорость); б). положительный ТКС.

1. Пленочные

 

 

 – коэффициент формы, указывающий на то, что значение резистора зависит не от площади.

 

2. резонаторы с четвертьволговыми разомкнутыми шлейфами.

 

 

Схемная модель:

 

при  –  – параллельный резонанс ( ).

При больших уровнях мощности используют распределенные резисторы.

 

 

Неоднородности в ИС СВЧ

1. изгибы 2. Скачки     3. разомкнутые линии 4. замкнутые линии   

5. Е-образные соединения 6. пересечение линий 7. зазор в линии

 

1. прямоугольный изгиб

 

 

Здесь параллельная емкость обусловлена накоплением заряда, а последовательная индуктивность – искажением магнитного поля в изгибе.

1. Скачок

 

 

2. Разомкнутые линии (холостой ход)

 

 

Схемная модель

 

3. Замкнутая линия (короткое замыкание)

 

 

Схемная модель

 

Пример использования сосредоточенных  и :

Параллельный колебательный контур

 

 

 

Последовательный колебательный контур

 

 

Резонаторы

           В ИС СВЧ используются печатные и объемные резонаторы. Чаще всего выполняют в виде отрезков МПЛ длиной .

1. а). Короткое замыкание.

 

Схемная модель

 

б). Холостой ход.

 

 

Короткозамкнутый резонатор обладает более высокой добротностью и меньшим кольцевым излучением по сравнению с разомкнутым. Но недостаток короткозамкнутых резонаторов – необходимость применения специальных короткозамыкателей.

 

1. Параллельное подключение к линии LC-цепочка (последовательный контур).

 

 

2. Параллельный контур

 

 

Разомкнутый отрезок линии – C

Короткозамкнутый отрезок линии – L

 

3. Печатные резонаторы.

 

 

В печатных резонаторах в виде конца или квадрата отсутствуют краевые эффекты.

                                             

                                 

Если толщина диэлектрика мала ( ), то в кольцевом резонаторе

 

Чем шире кольцо, тем более высокие типы колебаний могут возбудиться. При ширине кольца больше  в резонаторе возникают высшие типы колебаний . В пределе ( ) кольцевой резонатор преобразуется в дисковый.

 

4. Дисковый резонатор.

 

Чем больше радиус диска, тем более высокие типы колебаний возбуждается.

 

,  – функция Бесселя n-го порядка.

Зазор  (см. 4) выбирается таким, чтобы с одной стороны не искажалось поле резонатора, а с другой – обеспечивалась необходимая величина связи.

 

Объемные резонаторы – диски из диэлектрика или феррита. Принцип действия основан (стержень, сфера, параллелепипед) на явлении полного внутреннего отражения от границы раздела диэлектрик-воздух.

 

 

Большое  и малое . Недостатки: 1. Необходимость экранирования; 2. чувствительны к колебанию температуры.

Ферритовые – могут быть перестраиваемыми при изменении поля подмагничивания.

 

Фильтры ИС СВЧ

           В качестве базовых элементов в фильтрах используются МПЛ, которые в отличие от прямоугольного волновода не имеют нижней частоты отсечки (течет и постоянный ток).

 

1. ФНЧ используются в схемах детекторов, смесителей, в цепях питания.

ФНЧ с распределенными параметрами:

 

 

 

Отрезки линии с высоким волновым сопротивлением  эквивалентны последовательной индуктивности, а чередующиеся с ними отрезки с низким  – параллельные емкости.

 

ФНЧ с сосредоточенными параметрами:

 

 

Рассмотреть пример расчета фильтра (см. Фуско).

 

2. ФВЧ

На короткозамкнутых отрезках линий реализуется индуктивный элемент

 

 

3. Полосовые фильтры.

а). ПФ на линии с зазорами.

 

 

 

Полосовые фильтры могут быть реализованы на основе микрополосковых резонаторов, связанных между собой определенным образом. Расстояние между центрами зазоров равно , а величина зазора определяет полосу пропускания фильтра (чем меньше зазор, тем сильнее резонаторы связаны и шире полоса пропускания). Из-за технических трудностей: 1. реализация малых , ; 2. Длина фильтра получается большой.

           Увеличение количества резонаторов расширяет полосу пропускания.

 

б). Более компактная конструкция ПФ со связью полуволновых полосковых резонаторов через боковые поверхности

 

 

 

Общий недостаток ПФ на связанных резонаторах – чувствительность к техническим допускам ( )  уход центральной частоты фильтра. (при этом изменяется ).

 

Затухание фильтра в полосе пропускания тем меньше, чем выше собственная добротность и чем меньше число звеньев и выше собственная добротность резонаторов.

 

в). ПФ на встречных стержнях (четвертьволновых резонаторах).

 

 

1. Имеют малые геометрические размеры

2. Широкую полосу пропускания –  до 60%.

 

Недостаток: необходимость обеспечения короткого замыкания.

 

Применяются также высокодобротные (емкость на порядок выше чем у печатных) объемные диэлектрические резонаторы, что позволяет получать более узкие .

           Дисковый последовательно включенный резонатор:

 

 

           Используются также полосовые фильтры на поверхностно акустических волнах (ПАВ). При распространении ПАВ вдоль поверхности кристаллических твердых тел эти волны имеют малые потери. Кроме того, ПАВ могут быть недисперсионными.

           Пьезопреобразователь от которого распространяются ПАВ. Штыревая структура располагается на поверхности пьезоподложки (например, кварцевой). Данная структура создает электрическое поле, которое за счет пьезоэффекта вызывает упругие деформации, распространяющиеся от преобразователя в виде ПАВ.

 

 

Малошумящие цепи СВЧ.