3. Некоторые предварительные общие результаты.

Сейчас еще трудно оценить все те преимущества, которые таит в себе переход к ОИС СВЧ для РЭА. Однако весьма важным представляются уже те предварительные результаты, к которым можно прийти на сегодняшнем уровне развития ОИС СВЧ. Отметим здесь два результата. Во-первых, выигрыш в габаритах СВЧ модуля на ОИС по сравнению с планарной конструкцией составляет величину порядка В функциональных СВЧ узлах РЭА со многими пересекающимися проводниками (диаграммообразующие матрицы Баттлера, Бласса, переключающие матрицы и пр.) выигрыш составляет величину порядка свыше 102.

Во-вторых, следует отметить также существенное влияние выбора типа на габариты СВЧ узлов РЭА; на рис. приведена оценка зависимости относительных объемов ОИС, выполненных на основе и от числа слоев диэлектрика в ОИС.

Рис. В.2. Зависимость объема ОИС СВЧ от числа слоев диэлектрика: 1 — объем, нормированный к объему СВЧ схемы на на НПЛ

Полученные данные убедительно свидетельствуют, во-первых, в пользу ОИС с достаточно большим числом слоев и, во-вторых, СПЛ оказывается более выгодной по сравнению с НПЛ. Очевидно желательно и необходимо провести подобное сравнение и с другими типами ЛП.

Для пояснения общих соображений, приведенных в предыдущем разделе, рассмотрим сначала некую конструктивную модель ОИС СВЧ, в которой одновременно применяется несколько типов ЛП.

На рис. В.3, а показано схематическое сечение гипотетической ОИС, в которой использованы следующие типы линий: (образована проводником, расположенным между металлизированными слоями двух подложек); 2 — воздушная СПЛ с подвешенным печатным проводником (она получена путем полной выборки верхнего слоя диэлектрика и частичной — нижнего слоя), экраном для которой служат металлизированные соседние слои; 3 — прямоугольный волновод (ПВ) (выполняется путем полной выборки одного или нескольких соседних слоев, стеики которых образуются металлизациями близлежащих слоев и торцов выборки подложек).

Рис. В.З. Гипотетическая структура расположения липий и антенн, обозначенных цифрами; 6) мсжслойные переходы

Другие типы ЛП, такие как НПЛ (4), СЩЛ (5), НЩЛ (6), КЛ (7) и щелевые антенны (5), формируются аналогичным образом.

Связь между ЛП в ОИС выполняется с помощью межслойных гальванических переходов (сквозь толщу подложки) или переходов с электромагнитной связью без нарушения целостности подложек. Необходимая комбинация типов линий в ОИС определяется совокупностью требований к электрическим и конструктивно-технологическим параметрам СВЧ модуля (степенью избирательности фильтров, широкополосностью, необходимой развязкой элементов и каналов, наличием навесных элементов и др.).

«Нетрадиционный» способ передачи СВЧ мощности в направлении, перпендикулярном плоскости подложек, приведен на рис. В.3, б, где этот тракт представлен схематически (цифрами обозначены типы Линии, расположенные в разных слоях, соединены переходами различного типа. При этом использованы переходы волно-воднополоскового типа (А и В) с полу вол новыми закороченными резонаторами на СЩЛ и переход шлейфного типа с НПЛ на НЩЛ (С).

Таким образом, в ОИС СВЧ в принципе применимы все типы ЛП широко используемых на практике систем и устройств СВЧ, которые являются линиями закрытого, квазизакрытого или

открытого типов. При этом расстояние от токонесущих проводников до «горизонтальных» экранов кратно толщине подложки ОИС. При проектировании желательно, чтобы это расстояние не превышало толщины одного слоя. Увеличение расстояния связано с дополнительными выборками в соседних слоях, что ограничивает возможности размещения в них БЭ ИС, повышает несанкционированный переход на высшие типы волн (колебаний) и пр.

Имеется ряд конкретных устройств, выполненных по принципу ОИС. Такпм является, например, сунергетеродинный приемник [15].

Практическая реализация принципа конструкционного соответствия для СВЧ модулей радиоэлектронной аппаратуры, включая антенно-фидерные устройства (АФУ), требует единообразного подхода ко всему комплексу РЭА. Последние годы большое внимание уделяется оптимальному конструированию АФУ РЭА, которые во многом определяют качественные характеристики РЭА. Одним из главных элементов АФУ являются диаграммообразующие матрицы (ДОМ), формирующие диаграмму направленности многолучевых антенных систем, к которым в современных условиях предъявляются весьма жесткие и подчас противоречивые требования по электрическим характеристикам, надежности, массогабаритным, конструктивным и другим параметрам. В особенности это относится к РЭА аэрокослшческой техники, где нередко предельные возможности РЭА определяются техническим уровнем реализации АФУ. ДОМ являются весьма сложными и громоздкими устройствами, содержащими большое число пересекающихся без электромагнитной связи (развязки свыше 30-40 дБ) линий передачи, коммутирующих базовые элементы, число которых в одной многолучевой антенной решетке достигает десятков тысяч. Традиционное решение проблемы пересекающихся ЛП посредством навесных перемычек, отрезков соединительных кабелей, а также полосовых устройств, реализующих функции пересечения в интегральных схемах, приводят к резкому увеличению массогабаритиых параметров, снижению надежности системы в целом и ограничивает пути повышения рабочей частоты.

Эти ограничения в значительной мере снимаются при выполнении ДОМ и всего АФУ СВЧ в виде модуля на многослойных, объемных, иптегральных схемах (ОИС) СВЧ. Рассмотрим основные причины, обусловливающие целесообразность и перспективность разработки модулей СВЧ РЭА на ОИС. Применение ОИС дает возможность:

Получить минимальные массогабаритные параметры по сравнению со всеми известными конструкциями СВЧ. В качестве количественной оценки степени минимизации габаритов соответственно веса) можно выбрать коэффициент

включающий в себя объем модуля V и его поверхность Расчеты по (1) показывают преимущества ОИС СВЧ по сравнению с

планарной и этажерочной конструкциями на ИС. Расчет проводился для диэлектрических слоев, выполненных на стандартных подложках размером При уменьшении поверхности подложек (это необходимо при увеличении частоты) оптимальный объем модуля достигается при меньшем числе слоев. Это связано с тем, что оптимальная форма модуля — кубическая ( рис. В.4). При сведении формы модуля к сферической поверхности достигается максимальное значёпие: К 1.

Использовать различные типы ЛП, пространственно расположенные в слоях диэлектрика, и обеспечить реализацию оптимальных многослойных связей (сосредоточенных, полусосредоточенных и распределенных), открывая тем самым новые направления в автоматизированном проектировании — архитектонике ОИС СВЧ.

Осуществить коммутацию базовых элементов взаимно пересекающимися ЛП с высокой степенью развязки по электромагнитному полю, ибо они расположены в различных слоях диэлектрика; эта проблема является одной из серьезных для архитектоники ОИС.

Рис. В.4. Зависимость коэффициента оптимизации ИC СВЧ от числа слоев

Не разрабатывать принципиально новую или специальную технологию изготовления ОИС. В настоящее время для ОИС используются толстопленочные (частоты до 10 ГГц) либо тонкопленочные (частоты свыше 10 ГГц) методы технологии, разработанные и реализованные для планарных ИС СВЧ.

Вместе с тем, хотя в соответствии с припципом конструкционного соответствия в ОИС автоматически включается практически весь арсенал теории и техники СВЧ и планарных все же для широкого внедрения принципа ОИС необходима не только модернизация имеющейся элементной базы, но и разработка принципиально новых базовых элементов.