4.8.5 Индуктивные компоненты гимс

Индуктивные компоненты исполняются на магнитных сердечниках, что позволяет концентрировать магнитное поле, ограничить взаимную связь витков катушки с окружающими электро- и магнитнопроводящими объектами, в десятки раз повысить индуктивность и добротность катушек. На рисунке 4.29 изображен навесной индуктивный элемент на тороидальном магнитном сердечнике.

Размеры (диаметр D и высота Н) катушек индуктивности и их совокупностей определяются размерами плат и высоты полости корпуса. Внешний диаметр катушек D для ГИМС ограничивается по максимуму значением (6–8) мм при высоте катушки H не более (2–2,5) мм. Минимальный диаметр провода для намоткикатушек вследствие сни-жения механической прочности ограничивается значением 0,1 мм (в изоляции). Для типовых тороидальных магнитных сердечников с отношением диаметров (2–2,5) при коэффициенте заполнения окна медью 0,15 максимальное число витков катушек может достигать (80–100). Индуктивность тороидальных катушек с магнитным сердечником определяется по формуле

L = (1,26∙10^–2 ∙ μ _эф∙N²∙Ѕ_сер/L_cр), мкГн, (4.64)

где μ _{эф —} эффективная магнитная проницаемость сердечника;

N — число витков катушки;

Ѕ_сер — средняя площадь поперечного сечения сердечника, см²;

L_cр — длина средней силовой линии сердечника, см.

При эффективной магнитной проницаемости (10–20) единиц индуктивность достигает (0,8–1,5) мГн. Добротность таких катушек определяется омическим сопротивлением провода катушки на постоянном токе (0,5–1) Ом. В расчёте на названное число витков могут исполняться многообмоточные моточные изделия (трансформаторы). Допустимые токи в миниатюрных катушках в расчёте на допустимую плотность тока более 2 А/мм² определяются для диаметра провода не менее 0,07 мм. Относительная магнитная проницаемость материала тороидальных сердечников находится в достаточно широком диапазоне значений от 2–5 до 2000–3000 и в отсутствие немагнитных зазоров магнитной цепи может рассматриваться как эффективное значение μ _эф.

4.9 Гибридные микросхемы свч диапазона

4.9.1 Введение

Диапазон сверхвысоких частот (СВЧ) охватывает область спектра электромагнитных колебаний в пределах от единиц до сотен гигагерц. Диапазон СВЧ разделяется на три поддиапазона:

• дециметровый (1–3), ГГц;

• сантиметровый (3–30), ГГц;

• миллиметровый (30–300), Гц.

Совокупность элементов, объединённых в общую цепь с электромагнитными связями, выполняющую заданную функцию по отношению к сигналу СВЧ, называют схемой СВЧ или функциональным узлом (ФУ) СВЧ. Типовыми ФУ СВЧ являются: генераторы, усилители, преобразователи частоты, коммутирующие устройства, фазосдвигающие устройства (фазовращатели) и т.п. Функциональные узлы, включая элементы с распределенными параметрами, объединяются операциями сборки и электромонтажа.

Интегральная микросхема (ИМС СВЧ) реализуется из не отделимых друг от друга элементов. В ней принципиально невозможна замена отдельных элементов в процессе обработки, проверки и эксплуатации. В СВЧ ИМС не применяется механическая подстройка и регулировка элементов. Если это необходимо, то для этих целей применяются электронные элементы состава микросхемы.

Подобно иным ИМС микросхемы СВЧ могут быть полупроводниковыми или гибридными. Полупроводниковые ИМС СВЧ из-за низкого процента выхода годных схем, технологических ограничений и больших потерь имеют ограниченное применение. Однако совместимость групповых технологических процессов производства конструкций активных и пассивных элементов даёт основание полагать, что в верхней части СВЧ диапазона (в миллиметровом диапазоне) полупроводниковые микросхемы получат более широкое распространение.

Сложность технологии производства приборов СВЧ не позволяет сразу перейти к высоким степеням интеграции на основе технологии пленочных или полупроводниковых микросхем. Практическое использование находят преимущественно гибридные микросхемы ограниченного функционального назначения с небольшим числом активных элементов.

В гибридных ИС СВЧ активные элементы включаются как компоненты, заранее изготовленные методами полупроводниковой технологии. В основном применяются планарные приборы, которые монтируются либо последовательно (в разрыв микрополоскового проводника), либо параллельно (между сигнальным проводником и металлизированной поверхностью подложки, выполняющей функцию обратного провода). Активные приборы располагаются как на поверхности подложки, так и в ее объеме (в углублениях или отверстиях). Распространение получили ГИМС в диапазоне частот от 1 до 15 ГГц, изготовляемые на диэлектрических или ферритовых подложках. Пассивные элементы изготавливаются осаждением тонких или толстых пленок. Активные приборы (в корпусном или бескорпусном исполнении) монтируются на подложке и электрически соединяются с пассивными элементами микросхемы.

Гибридные ИС СВЧ разделяются на два основных типа:

• с распределенными параметрами;

• с сосредоточенными параметрами.

К преимуществам гибридных ИС относится существенное уменьшение габаритов и массы, снижение стоимости и повышение надёжности по сравнению с волноводными и коаксиальными устройствами. Вопросы проектирования диапазона микросхем СВЧ рассматриваются в работах [10,12,13].