Смеситель частот диапазона 13…67 ГГЦ

   Введение. С каждым годом требования к характеристикам измерительной техники растут. Одной из таких характеристик является полоса пропускания прибора. Данный факт вынуждает создавать широкополосные микросхемы для применения в СВЧ-блоках приборов, таких как векторные анализаторы цепей (ВАЦ) и анализаторы спектра. Одной из микросхем, применяемой в блоках приемников подобного оборудования, является смеситель частот. От диапазона частот смесителя зависит полоса частот приемника и, как следствие, полоса пропускания всего прибора в целом.

   Цель работы. Исследование и разработка сверхширокополосной интегральной схемы смесителя частот диапазона 13…67 ГГц на основе технологии квазивертикальных диодов Шоттки на подложке GaAs АО «НПФ "Микран"».

   Материалы и методы. Проведен анализ существующих классических и модифицированных вариантов трансформаторов, применяемых в смесителях. Ни один из данных трансформаторов не удовлетворяет требованиям указанной полосы пропускания. Предложена модификация схемы трансформатора, которая позволила добиться рабочего диапазона частот 10…70 ГГц. На базе полученного трансформатора и диодной GaAs-технологии АО «НПФ "Микран"» разработана полная топология смесителя. Проведен электродинамический анализ интегральной схемы. При измерениях применялись ВАЦ до 67 ГГц.

   Результаты. Представлены результаты разработки широкополосного смесителя с полосой рабочих частот 10…67 ГГц. Приведено схемотехническое решение на основе балансной схемы с модифицированными трансформаторами и цепью вывода промежуточной частоты. Показаны расчетные зависимости и результаты измерений интегральной схемы смесителя. Полученные потери преобразования в диапазоне от 10 до 67 ГГц не более 10 дБ.

   Заключение. Предложен вариант доработки схемы трансформатора, разработан новый широкополосный трансформатор с диапазоном рабочих частот от 10 до 70 ГГц. На его основе выполнено моделирование и изготовлена микросхема смесителя. Данная микросхема может использоваться в приемопередающих блоках современных измерительных приборов. По совокупности характеристик микросхема является аналогом смесителя Marki Mikrowave MM1-1467L.

1. Доценко В. В., Малютин Н. Д. Разработки аппаратуры радиолокации, приборостроения и электронной компонентной базы СВЧ: основные результаты выполнения комплексных проектов НИИ систем электрической связи и АО «НПФ "Микран"» // Докл. ТУСУР. 2017. Т. 20, № 3. С. 79–85. doi: 10.21293/1818-0442-2017-20-3-79-85

2. Хибель М. Основы векторного анализа цепей. М.: Издательский дом МЭИ, 2009. 504 с.

3. Раушер К. Основы спектрального анализа – Rhode&Shwarts. М.: Горячая линия – Телеком, 2006. 226 с.

4. A 3 GHz to 10 GHz GaAs double balanced mixer / Y. Pu, Z. Huang, S. Pan, G. Wang // IEEE ITOEC. 2017. P. 1083–1086. doi: 10.1109/ITOEC.2017.8122521

5. A highlylinear double balanced Schottky diode S-band mixer / M. Sudow, K. Andersson, P. A. Nilsson, N. Rorsman // IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett. 2006. Vol. 16, № 6. P. 336–338. doi: 10.1109/LMWC.2006.875625

6. Novel Miniature and Broadband Millimeterwave Monolithic Star Mixers / C. Kuo, C. Kuo, C. Kuo, S. Maas, H. Wang // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2008. Vol. 56, № 4. P. 793–802. doi: 10.1109/TMTT.2008.919063

7. Yeom K. W., Ko D. H. A novel 60-GHz monolithic star mixerusing gate-drain-connected pHEMT diodes // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2005. Vol. 53, № 7. P. 2435–2440. doi: 10.1109/TMTT.2005.850402

8. Maas S. A. Microwave Mixers. 2^nd ed. Norwood, MA: Artech House, 1993. 384 p.

9. Данилов Д. С., Дроботун Н. Б. GaAs монолитные интегральные схемы широкополосных смесителей частоты на основе диодов с барьером Шоттки // Nanoindustry Russia. 2020. № 13. С. 435–437. doi: 10.22184/1993-8578.2020.13.4s.435.437

10. Drobotun N., Danilov D., Drozdov A. A Decade Bandwidth Mixers Based on Planar Transformers and Quasi-vertical Schottky Diodes Implemented in GaAs MMIC Technology // 2020 50^th European Microwave Conf. (EuMC). 2021. P. 957–960. doi: 10.23919/EuMC48046.2021.9338211

11. Leong Y., Ang K., Lee C. A derivation of a class of 3-port baluns from symmetrical 4-port networks // Proc. of IEEE MTT-S Intern. Microwave Symp. Digest. Seattle, USA, 2–7 June 2002. P. 1165–1168. doi: 10.1109/MWSYM.2002.1011855

12. Дроздов А. В., Данилов Д. С. Широкополосный симметрирующий трансформатор на основе мостов Маршанда для применения в интегральных микросхемах // Науч. сессия ТУСУР-2015 : материалы докл. Всерос. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Томск: В-Спектр, 2013. Т. 2. С. 13–16.

13. Tanaka H., Sasaki Y., Hashimoto T. Unbalanced-to-Balanced Converter. US Patent, no. 6.040.745, 21 March, 2000.

14. Cho C., Gupta K. C. A New Design Procedure for Single Layer and Two-Layer Three-Line Baluns // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1998. Vol. 46, № 12. P. 2514–2519.

15. Kian Sen Ang, Robertson I. D. Analysis and design of impedance-transforming planar Marchand baluns // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2001. Vol. 49, № 2. P. 402–406. doi: 10.1109/22.903108

16. Ahn H., Kim B. Toward Integrated Circuit Size Reduction // IEEE Microwave Magazine. 2008. Vol. 9, iss. 1. P. 65–75.

17. Tunable Impedance Transformer Based on Split Strip Lines / N. D. Malutin, A. V. Andreev, G. A. Malyutin, R. M. Sharabudinov // Proc. of Intern. Siberian Conf. on Control and Communications (SIBCON). Tomsk, Russia, 18–20 Apr. 2019. P. 337.

18. Моделирование диодов с барьером Шоттки для применения в монолитных интегральных схемах СВЧ / А. В. Дроздов, Д. С. Данилов, И. В. Юнусов, Г. Г. Гошин // Докл. ТУСУР. 2018. Т. 21, № 1. С. 28–31. doi: 10.21293/1818-0442-2018-21-1-28-31

19. Drobotun N., Drozdov A. Broadband Microwave Frequency Doublers with Improved Harmonic Suppression Based on Quasi-Vertical GaAs Shottky Diodes // Proc. of the Electronic Design Innovation Conf. EDICON 2017, Shanghai, China, 25–27 Apr. 2017. P. 1–4.

20. Drozdov A. A 20 to 60 GHz Frequency Doubler MMIC Using a Quasi-Vertical GaAs Shottky Diodes // Moscow Workshop on Electronic and Networking Technologies (MWENT). Moscow, 14–16 March 2018. P. 1–4.

21. MM1-1467L GaAs MMIC double balanced mixer Marki Microwave. URL: https://www.markimicrowave.com/mixers/mm1-1467l.aspx (дата обращения 20. 05. 2023)