Применение монолитных интегральных схем в приемных устройствах РЛС

Современное производство радиолокационных станций (РЛС) представляет собой сложную организационно-технологическую структуру, определяемую технологическим инновационным потенциалом предприятия. При системном расчете РЛС определяются основные первичные активные каскады РЛС-устройств и их важнейшие параметры: чувствительность и коэффициент шума. Как правило, в общей структуре приемного устройства после входных цепей в качестве активных приборов используются малошумящие усилители (МШУ), выполненные на специализированных полупроводниковых приборах.
 
Малошумящие усилители могут выполняться в качестве отдельных модулей сверхвысокой частоты, а также входить в состав моноблочных конструкций приемного устройства, объединяющего весь приемный канал РЛС от волноводной части до аналого-цифрового преобразователя.
 
Рассмотрим использование монолитных малошумящих интегральных схем усилителей с точки зрения обеспечения качественного эффективного серийного производства РЛС.
 
Очевидно, что качество технических характеристик малошумящих усилителей определяется схемойпостроения и используемыми активными элементами, причем решающее влияние на характеристики оказывает конструкция модулей. При этом наиболее простые усилители — линейные, представляют собой активный прибор и цепи согласования (рис. 1).
 
В связи с тем, что такие усилители имеют малые значения коэффициента передачи, требуется построение каскадов усилителей и применение мер, исключающих самовозбуждение и генерацию. До недавнего времени чаще всего в качестве активного прибора применяли дискретные полупроводниковые устройства — специализированные транзисторы или диоды. Эти элементы позволяют получать требуемые характеристики, однако возникает необходимость расчета и обеспечения режимов работы, нужны дополнительные элементы схемы, настройка и регулировка.
 
Достижения в области современной инновационной технологии создания электронных компонентов позволяют производить монолитные интегральные схемы (МИС) малошумящих усилителей СВЧ-диапазона. Основные технические характеристики интегральных схем обеспечивают возможность анализа МИС и выбора типов, твечающих
необходимым требованиям.
 
МИС включают в себя цепи питания и смещения и согласующие цепи и, как правило, не требуют согласования с микрополосковой линией, а значит, общее число используемых элементов сокращается, что в конечном итоге повышает общую надежность. МИС МШУ производятся отечественными и зарубежными предприятиями в корпусах различного типа и бескорпусном исполнении, отличаются высокими эксплуатационными характеристиками.
 
Использование МИС имеет ряд существенных преимуществ:
• сокращение времени на разработку;
• уменьшение массогабаритных характеристик;
• повышение надежности.
 
Современные модули МШУ СВЧ в системе разработки РЛС могут быть построены на интегральных микросхемах в качестве активных приборов. Достижение требуемых технических характеристик модулей обеспечивается выбором схемотехнического решения и активного прибора (микросхемы). Конструктивное решение модуля налогично определяется активным прибором.
 
Проведем анализ данных МИС МШУ отечественного и зарубежного производства с рабочими частотами, перекрывающими диапазон от 1 до 12 ГГц (таблицы), представленных на рынке.
 
Анализируя данные, приведенные в табл., можно отметить, что МИС МШУ перекрывают
широкий диапазон частот от нескольких мегагерц до, по меньшей мере, 12 ГГц. В то же время, если заявлен широкий диапазон частот, то неравномерность характеристик в этом диапазоне достигает почти 100%. Соответственно, при заявленном более узком диапазоне неравномерность мала. Эта тенденция говорит, во-первых, о попытках разработчиков микросхем меньшим объемом номенклатуры перекрыть весь диапазон частот, а во-вторых, о том, что это скорее маркетинговые характеристики, и потребителям необходимо более тщательное рассмотрение типовых зависимостей, приводимых в информационных материалах фирм-изготовителей.
 
Характеристики продукции отечественных производителей «НПП Планета-Аргалл», «НПП Пульсар» и «НПФ Микран» в полной мере соответствуют общему уровню МИС МШУ. Микросхемы серии М421301 («НПП Планета-Аргалл») различных литер и М52125 перекрывают диапазон частот до 8 ГГц и имеют малую неравномерность характеристик. Микросхемы 1324УВ2 («НПП Пульсар») отличаются хорошим уровнем верхней границы
линейности по выходу и могут служить оконечными усилителями в каскаде.
 
Все отечественные МИС нижней части диапазона СВЧ изготавливаются в корпусах, наиболее приспособленных для монтажа в аппаратуре приемных устройств РЛС. Это керамические и металлокерамические корпуса с выводами, согласованными с микрополосковой линией.
 
Производимые «НПФ Микран» бескорпусные кристаллы МР531 в диапазоне частот свыше 8 ГГц имеют характеристики, несколько превосходящие зарубежные аналоги, и на их основе возможно построение высокотехнологичных микросборок различного назначения.
 
Среди зарубежных производителей МИС МШУ следует отметить компании TriQuint, MACOM, Avago Technologies. Номенклатура микросхем, производимых этими фирмами, чрезвычайно обширна, поэтому мы ограничимся несколькими характерными примерами.
 
Микросхемы компании Avago Technologies MGA-684P8 и MGA-638P8, выбранные для рассмотрения, отличаются высоким уровнем верхней границы линейности, аналогично 1324УВ2, и в целом отечественная микросхема по своим характеристикам сравнима с ними, но ее коэффициент шума существенно уступает зарубежным аналогам. Однако значение уровня верхней границы линейности говорит о перспективе применения данных микросхем в оконечных каскадах МШУ, где значение собственно коэффициента шума микросхемы не является определяющим, и применение как 1324УВ2, так и MGA-684P8 или MGA-638P8 становится равнозначным.
 
В качестве примера усилителей, применимых в первых активных каскадах приемного канала, приведены две микросхемы: MAAL-011078 (MACOM) и TGA2611-SM (TriQuint). Обе они отличаются большим усилением и малым коэффициентом шума, однако неравномерность коэффициента усиления в заявленном диапазоне частот достигает 50…100%.
Это говорит о том, что они обладают высокими характеристиками в очень малом диапазоне частот.
 
TGA2612 (TriQuint), (отечественным аналогом которой можно считать МР531) по совокупности своих характеристик сопоставимы, за исключением того, что напряжение питания и потребляемая мощность изделия «НПФ Микран» значительно ниже. Для сравнения в табл. приведены два дискретных малошумящих транзистора иностранного производства: ATF-551M4 (Avago Technologies) и TFG2021-04-SD (TriQuint). Очевидно, при построении усилителей на этих транзисторах их характеристики будут мало отличаться от МИС, в то время как затраты на разработку будут существенно больше.
Таким образом, характеристики МИС МШУ не уступают малошумящим усилителям, построенным на дискретных элементах.
 
Применение монолитных интегральных схем малошумящих усилителей в структуре производства систем РЛС позволяет:
• сократить время на разработку, исключив расчеты режима работы активных приборов;
• снизить габариты платы за счет меньшего числа требуемых дополнительных элементов;
• повысить надежность.
 
В заключение необходимо отметить, что отечественные МИС МШУ по своим техническим характеристикам не уступают зарубежным и могут активно применяться в перспективных моделях РЛС.