ИНТЕГРАЛЬНАЯ МИКРОСХЕМА КВЧ ДИАПАЗОНА Российский патент 2003 года по МПК H01P1/00 H05K1/18 H01P5/107 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в приемных и передающих устройствах КВЧ диапазона, в частности в малошумящих усилителях.

Известна интегральная микросхема (см. MSN, 1983, v. l3, N 13, pp. 52,54,56,59-62), содержащая основание с волноводными каналами, микрополосковые платы с обратной металлизацией, выступающие в волноводные каналы перпендикулярно широкой стенке волновода, и кристалл транзистора, установленный в разрыв между микрополосковыми платами и соединенный с ними проволочными проводниками. В этой микросхеме сигнал КВЧ диапазона подводится к кристаллу транзистора через волноводно-микрополосковый переход, состоящий из отрезка волновода и микрополоскового зонда, образованного металлизацией на лицевой поверхности МПЛ, выступающей в волновод. В этой микросхеме наличие обратной металлизации МПЛ и упрощенная конфигурация лицевой металлизации в области волноводного окна приводят к значительным потерям полезного радиосигнала и сужению рабочего диапазона частот.

Известна интегральная микросхема (см. заявку 3166753/09, пол. реш. 1992г.), содержащая основание с волноводными каналами, микрополосковые платы без обратной металлизации, выступающие в волноводные каналы перпендикулярно широкой стенке волновода, и кристалл транзистора, установленный в разрыв между микрополосковыми платами и соединенный с ними проволочными проводниками. В этой микросхеме отсутствует обратная металлизация МПЛ, что снижает потери КВЧ сигнала. В этой микросхеме упрощенная конфигурация лицевой металлизации МПЛ в области волноводного окна приводит к потерям полезного радиосигнала и обужению рабочего диапазона частот.

Целью предлагаемого изобретения является существенное снижение входных и выходных потерь КВЧ сигнала, а также расширение рабочего диапазона частот за счет применения в интегральной микросхеме оригинальной конфигурации металлизации МПЛ в области волноводных каналов, а также изготовления МПЛ на подложке определенной толщины.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемой интегральной микросхеме МПЛ без обратной металлизации изготовлена на подложке толщиной λ_o/100<h<λ_o/30, а лицевая металлизация в области волноводного окна имеет специальную конфигурацию в виде трех скачков ширины МПЛ. Длина каждого скачка МПЛ рассчитывается по формуле
L=0,15•a,
где a - величина узкой стенки волновода. Ширина металлизации скачков МПЛ (первым условно считаем ближайший к транзистору) определяется по формулам
W₁ = 0,1λ_o,
W₁₌2h,
W₃ = λ_п/4,
где λ_o - длина волны в свободном пространстве,
λ_п - длина волны в МПЛ,
h - толщина подложки МПЛ.

Предложенная конструкция реализована при разработке ГИС КВЧ диапазона. Схематически ее конструкция приведена на чертеже.

На чертеже показана интегральная микросхема КВЧ диапазона, состоящая из основания 1 с волноводными окнами 2, двух микрополосковых плат 3 с без обратной металлизации, выступающих в волноводные каналы перпендикулярно широкой стенке волновода, и кристалла транзистора 4, установленного между микрополосковыми платами и соединенного с ними проволочными проводниками 5. Лицевая металлизация микрополосковых плат в области волноводных окон имеет конфигурацию в виде скачков ширины МПЛ. Для центральной частоты f=34 ГГц и кварцевой подложки с Е_r=3,8 и h=0,2 мм
длина каждого скачка L=0,45 мм,
ширина металлизации скачков W₁=0,8 мм, W₂=0,4 мм, W₃=1,2 мм.

В диапазоне f= 34 ГГц±18% суммарные потери во входных и выходных цепях интегральной микросхемы составляют менее 0,4 дБ.

Изменение любого из описанных соотношений приводит к ухудшению радиотехнических параметров интегральной микросхемы. Некоторые из результатов для Е_r=3,8 и f₀=34 ГГц (λ_o = 8,82 мм, где λ_o - длина волны в свободном пространстве, соответствующая f₀) сведены в таблицу.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение потерь КВЧ сигнала во входных и выходных цепях интегральной микросхемы, а также расширение диапазона рабочих частот интегральной микросхемы, что позволяет создавать интегральные микросхемы с меньшими шумами, увеличенным коэффициентом усиления и большим рабочим диапазоном частот.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что для расширения диапазона рабочих частот и снижения потерь СВЧ сигнала микрополосковая линия имеет оригинальную конфигурацию в виде скачков ширины в области волноводного канала, а также изготовлена на подложке определенной толщины.

Технический результат изобретения реализуется лишь при совокупном использовании его отличительных признаков.

Неочевидность предлагаемого изобретения можно проиллюстрировать тем, что, например, сохранение соотношений для расчета скачков ширины МПЛ в области волноводного окна при изменении толщины подложки вне указанных в формуле изобретения пределов приводит к увеличению потерь СВЧ сигнала, либо сужает рабочий диапазон частот, то есть ухудшает радиотехнические характеристики интегральной микросхемы.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в приемных и передающих устройствах КВЧ диапазона, в частности в малошумных усилителях. Техническим результатом является снижение входных и выходных потерь КВЧ сигнала и расширение рабочего диапазона частот. Микрополосковая линия с односторонней металлизацией изготовлена на подложке толщиной λ_o/100<h<λ_o/30, а лицевая металлизация в области волноводного окна имеет специальную конфигурацию в виде трех последовательно соединенных отрезков микрополосковой линии. Приведены математические зависимости для расчета их длины и ширины. 1 табл., 1 ил.

Интегральная микросхема КВЧ диапазона, содержащая основание с волноводными каналами, микрополосковые платы с односторонней металлизацией, выступающие в волноводные каналы перпендикулярно широкой стенке волновода, и, по крайней мере, один активный элемент, установленный между микрополосковыми платами и соединенный с ними проволочными проводниками, отличающаяся тем, что толщина подложки микрополосковых плат составляет λ_o/100<h<λ_o/30, а лицевая металлизация в области волноводного окна имеет конфигурацию в виде трех последовательно соединенных между собой отрезков микрополосковой линии (МПЛ), длина L каждого отрезка МПЛ рассчитывается по формуле
L=0,15•a,
где а - величина узкой стенки волновода,
ширина W₁ металлизации первого от активного элемента отрезка МПЛ определяется по формуле
W₁ = 0,1λ_o,
ширина W₂ и W₃ каждого следующего за ним отрезка МПЛ рассчитывается по соответствующей номеру отрезка формуле
W₂=2h,
W₃ = λ_п/4,
где λ_o - длина волны в свободном пространстве;
λ_п - длина волны в МПЛ;
h - толщина подложки МПЛ.