ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕТЕКТОРА СВЧ МОЩНОСТИ ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ РАБОТЫ В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ ОТ 75 ГГЦ ДО 110 ГГЦ

INVESTIGATION OF A MICROWAVE POWER DETECTOR DESIGNED TO OPERATE IN THE FREQUENCY RANGE FROM 75 GHZ TO 110 GHZ

Vladimir Shadrin

student, Department of Physical Electronics, Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics,

Russia, Tomsk

Aleksey Bezruk

scientific adviser, Head of measuring laboratory, JSC "NIIPP",

Russia, Tomsk

АННОТАЦИЯ

В данной статье будет описаны характеристики разработанного детектора СВЧ мощности для работы в диапазоне от 75 ГГц до 110 ГГц не требующего питания.

ABSTRACT

This article will describe the characteristics of the developed microwave power detector for operation in the range from 75 GHz to 110 GHz that does not require power.

Ключевые слова: метод измерения; тангенциальная чувствительность; детектор; GaAs; СВЧ.

Keywords: method of measurement; absolute sensitivity; detector; GaAs; w-band.

Детектор СВЧ мощности - представляет собой прибор, преобразующий входной гармонический сигнал в пропорциональный уровень постоянного напряжения. В последнее время детекторы активно применяются как в бытовой радиоэлектронной аппаратуре, так и в узконаправленных научных приборах, используемых, например, в медицине или биологии. Наибольшее распространение детекторы получили в радиолокационных устройствах, системах радиотехнических измерений, системах управления и многих других.

На сегодняшний день наибольшее внимание сосредоточено вокруг устройств и решений, работающих в области крайне высоких частот, от 70 ГГц и выше. Несмотря на то, что в России производится большое число номенклатуры СВЧ приборов, проводятся исследования и оптимизации устройств, большинство решений направленны на работу в диапазоне до 50 ГГц, в меньшем количестве до 67 ГГц [1]. Но спрос на решения от 70 ГГц только растет, поэтому важно обеспечить соответствующее предложение с надлежащим качеством изготовления продукции. Как следствие, возрастает спрос и на измерительное оборудование, на анализаторы сигналов или на векторные анализаторы. И именно поэтому, детектор. Как составная часть в том числе и контрольно-измерительной аппаратуры, является важным элементом ЭКБ, позволяющий повысить качество изготовления МИС СВЧ, упростить разработку и проведение контроля параметров устройств СВЧ техники.

В работе представлены результаты исследования характеристик детектора СВЧ мощности разработанного на основе низкобарьерного диода с частотным диапазоном работы 75-110 ГГц и не требующего внешнего питания.

К основным параметрам детектора можно отнести:

• диапазон рабочих частот;
• тангенциальная чувствительность;
• вольт-ваттная чувствительность.

Объектом исследования являлась МИС детектора СВЧ мощности изготовленная по арсенид галлиевой технологии на основе низкобарьерных диодов. Целью работы было установление текущих характеристик детектора и сравнения их с существующими аналогами отечественного и зарубежного производства для определения целесообразности дальнейшей работы по внедрению в серийное производство.

В качестве генератора сигнала, для подачи его на вход детектора, использовался векторный анализатор цепей. Исследование проводилось на полупроводниковой пластине с задействованием полуавтоматической зондовой станции, благодаря этому удалось провести измерения большого числа образцов и обеспечить проведение статистического анализа полученных данных.

В процессе работы была определена зависимость выходного напряжения от частоты при обеспечении постоянной мощности входного сигнала. Диапазон используемых частот составил от 75 ГГц до 110 ГГц, мощность входного СВЧ сигнала равна минус 15 дБм или 31 мкВт. Вид полученной амплитудно-частотной характеристики показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Зависимость выходного напряжения детектора от частоты при постоянной СВЧ мощности

Далее была измерена зависимость выходного напряжения при частоте входного сигнала 95 ГГц от падающей мощности и построена соответствующая зависимость, рисунок 2.

Рисунок 2. Зависимость выходного напряжения от падающей мощности при частоте 95 ГГц

Нижняя граница входной мощности на линейном участке отражает тангенциальную чувствительность детектора, обусловленную характеристиками применяемого диода. При понижении уровня входной мощности наблюдается детектирование внутренних и внешних фоновых шумов. Максимальное значение входной мощности ограничено максимальной мощностью векторного анализатора цепей.

Так как детекторы активно используются в контрольно-измерительном оборудовании, важным параметром является чувствительность детектора по напряжению, которая показывает величину изменения выходного напряжения при изменении уровня мощности входного сигнала и может быть оценена в первом приближении согласно формуле 1 [2].

                                                                          (1)

 — изменение уровня выходного напряжения, В;

 — изменение уровня мощности входного сигнала, Вт

В результате была построена зависимость чувствительности детектора по напряжению от уровня входной мощности, рисунок 3. Уменьшение чувствительности детектора с ростом входной мощности обусловлено нелинейностью вольтамперной характеристики диода и является типичной для многих видов детекторов СВЧ мощности.

Рисунок 3. Зависимость чувствительности детектора при частоте 95 ГГц

Из рисунка 3 видно, что значение чувствительности составляет от 250 мВ/мВт, что соответствует аналогичным детекторам, представленным на рынке, которые работают в диапазоне частот до 67 ГГц.

Заключение:

В проделанной работе были исследованы характеристики детектора СВЧ мощности, экспериментальные данные показывают, что данный детектор обладает параметрами, которые превосходят существующие отечественные аналоги. Представленный детектор обладает перспективными значениями параметров, что говорит о значимости проведения дальнейшей работы по оптимизации и внедрении в серийное производство.

Список литературы:

1. Контрольно-измерительная аппаратура и элементы СВЧ-тракта: АО «НПФ «Микран» URL: www.micran.ru/upload/iblock/8a4/Детекторы_3.46.pdf (дата обращения: 18.05.2022).
2. Андронов Е. В. Теоретический аппарат измерений на СВЧ: Т. 1. Методы измерений на СВЧ. / Г. Н. Глазов., Е. В. Андронов – Томск : ТМЛ-Пресс, 2010. – 804 с.