Infocommunications and Radio Technologies Infocommunications and Radio Technologies ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫЕ И РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 2587-9936 53203 10.29039/2587-9936.2022.05.1.06 Электроника, фотоника, приборостроение и связь (2.2) ELECTRONICS, PHOTONICS, INSTRUMENTATION AND COMMUNICATIONS (2.2) Электроника, фотоника, приборостроение и связь (2.2) Design Method for Increase Power Burn Out MMIC Power Limiter Метод построения МИС СВЧ ограничителей мощности для повышения порога сгорания Груша Александр Васильевич Grusha Aleksandr Vasil'evich info@istokmw.ru Крутов Александр Владимирович Krutov Alexander Vladimirovich info@istokmw.ru Ребров Александр Сергеевич Rebrov Aleksander Sergeevich info@istokmw.ru АО «НПП “Исток” имени А. И. Шокина» Россия Scientific and production enterprise “Istok” n. a. A. I. Shokin Russian Federation АО «НПП “Исток” имени А. И. Шокина» Россия Scientific and production enterprise “Istok” n. a. A. I. Shokin Russian Federation АО «НПП “Исток” имени А. И. Шокина» Фрязино Россия Scientific and production enterprise “Istok” n. a. A. I. Shokin Fryazino Russian Federation 25 03 2022 25 03 2022 5 1 79 92 20 03 2022 05 06 2022 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/53203/view

В работе показан метод построения МИС СВЧ ограничителя мощности, целью которого является повышение порога сгорания. Рассмотрена классическая двухкаскадная схема на антипараллельных p-i-n-диодах. Идея повышения порога сгорания ограничителя мощности заключается в перераспределении токов между каскадами так, чтобы на первом и втором каскадах ток достигал насыщения при значениях 0,41—0,45 A/100 мкм. Для этого был проведен расчет следующих схем: отношение емкости диодов первого каскада ко второму 1:1, 2:1, 3:1 и 4:1. Рассчитанные схемы были изготовлены на основе p-i-n-диодной GaAs технологии АО «НПП “Исток” им. Шокина», высота барьера диода 1,1 В / 1 мА, пробивное напряжение 45 В / 100 мкА. Показаны результаты зондовых измерений S-параметров ограничителей мощности и измерения динамических характеристик кристаллов в оснастке. Разработанные приборы в диапазоне частот от 1 до 16 ГГц имеют потери меньше 0,8 дБ и КСВН по входу и выходу меньше 2. Порог сгорания в непрерывном режиме на частоте 10 ГГц составил: для топологии 1:1 — 45,3 дБм, 2:1 — 48,3 дБм и для топологии 3:1 — 49,6 дБм. В тех же условиях, бы-ли исследованы ряд серийных МИС СВЧ ограничителей мощности зарубежных фирм. Удельная мощность сгорания для технологии АО «НПП “Исток” им. Шокина» составила ~20 Вт / 100 мкм периферии, что превышает уровень исследованных зарубежных аналогов.

The article shows the method of constructing the MMIC power limiter. The purpose of this research is to increase the burnout level. We considered a classical two-stage cir-cuit on anti-parallel p-i-n diodes. The idea of increasing the burnout level is to redis-tribute currents, so that at the burnout power at the first and second stages, the current is equal to the saturation current – 0.41–0.45 A / 100 µm. To do this, a simulation of the circuits was carried out – the ratio of the capacity of the first to the second stage 1:1, 2:1, 3:1 and 4:1. The design circuits were manufactured at p-i-n diode GaAs tech-nology of JSC RPC “Istok” named after Shokin, the height of the diode barrier is 1,1 V / 1 mA, the breakdown voltage is 45 V / 100 µA. The results of probe measurements S-parameters of power limiters and measure-ments of dynamic characteristics in the fix-ture are presented. Devices in the frequency range from 1 GHz to 16 GHz have losses less than 0.8 dB and VSWR input and output less than 2. The burnout level in continu-ous power at a frequency of 10 GHz was: for topology 1:1 — 45.3 dBm, 2:1 — 48.3 dBm and for topology 3:1 — 49.6 dBm. Under the same conditions, serial MMIC power limiters of foreign company were investigated. The burnout power density was ~20 W / 100 µm of the periphery, for the JSC RPC “Istok” named after Shokin technology, which exceeds the level of the investigated foreign analogues.

 p-i-n-диод МИС СВЧ ограничитель мощности GaAs порог сгорания допустимая мощность ток насыщения удельная мощность сгорания p-i-n diode MMIC power limiter GaAs burnout level high power handling satura-tion current burnout power density

Bouchez J., Nguyen T. [et al.] A 2-5 GHz 100W CW MMIC Limiter using a Novel Input Topology // IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium (CSICS). 2013. P. 1-4. J. Bouchez, T. Nguyen, V. Zomorrodian, E. Reese, and D. Sturzebecher, “A 2-5GHz 100W CW MMIC Limiter Using a Novel Input Topology,” 2013 IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium (CSICS), 2013, doi: 10.1109/csics.2013.6659191. Boles T., Bukowski J., Brogle J. Monolithic High Power 300 Watt, S-Band, HMIC PIN Di-ode Limiter // IEEE International Conference on Microwaves, Antennas, Communications and Electronic Systems (COMCAS). 2019. P. 1-5. T. Boles, J. Bukowski, and J. Brogle, “Monolithic High Power 300 Watt, S-Band, HMIC PIN Diode Limiter,” 2019 IEEE International Conference on Microwaves, Antennas, Com-munications and Electronic Systems (COMCAS), 2019, doi: 10.1109/comcas44984.2019.8958017. Груша А. В. Крутов А. В., Ребров А. С. МИС СВЧ ограничителя мощности с уровнем проходящей мощности менее 14 мВт в диапазоне частот 8-12 ГГц // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии. 2021. № 3. С. 32-33. A. V. Grusha, A. V. Krutov, and A. S. Rebrov, “MMIC power limiter with a transmitted power level of less than 14 mW in the frequency range of 8-12 GHz,” Microwave and Tele-communication Technologies, 2021, no. 3. pp. 32-33. (In Russ.). Smith D. G., Heston D. D., Heimer B., Decker K. Designing Reliable High-power Limiter Circuits with GaAs PIN Diodes // IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. 2002. Vol. 2. P. 1245-1247. D. Smith, D. Heston, J. Heston, B. Heimer, and K. Decker, “Designing reliable high-power limiter circuits with GaAs PIN diodes,” 2002 IEEE MTT-S International Microwave Sympo-sium Digest (Cat. No.02CH37278), 2002, doi: 10.1109/mwsym.2002.1011885. Крутов А. В., Ребров А. С. Экспериментальное определение уровня допустимой вход-ной мощности для монолитных интегральных схем защитного устройства. В сб. : 20-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» - КрыМиКо’2010 (Севастополь, 13-17 сент. 2010 г.). 2010. С. 143-144. A. V. Krutov and A. S. Rebrov, “Experimental determination of power handling level for MMIC limiter,” 2010 20th International Crimean Conference “Microwave & Telecommunica-tion Technology”, 2010, doi: 10.1109/crmico.2010.5632979. (In Russ.). Carslow H. S., Jaeger J. C. Conduction of Heat in Solids. Oxford : Oxford University Press, 1959. H. S. Carslow and J. C. Jaeger, Conduction of Heat in Solids. Oxford : Oxford University Press, 1959.