Планарные приемные многоканальные модули АФАР X-диапазона на основе LTCC-керамики-Made in Russia



Планарные АФАР обладают существенными преимуществами по массогабаритным характеристикам по сравнению с другими решениями. В разы уменьшается масса и толщина полотна АФАР. Это позволяет использовать их в малогабаритных радиолокационных головках самонаведения, на борту БПЛА и для нового класса антенных систем – конформных антенных решеток, т.е. повторяющих форму объекта. Такие решетки, например, необходимы для создания истребителя следующего, шестого, поколения.


В ОАО «НИИПП» ведется разработка многоканальных интегрированных планарных приемных и передающих модулей АФАР с использованием технологии LTCC-керамики, которые включают в себя все элементы полотна АФАР (активные элементы, антенные излучатели, системы распределения сигналов СВЧ и управления, вторичный источник питания, управляющий цифровой контроллер с интерфейсной схемой, систему жидкостного охлаждения) и являются функционально законченным устройством. Модули допускают их объединение в антенные решетки любых размеров, причем при значительной собственной интеграции предъявляются минимальные требования к несущей конструкции, которая должна объединять такие модули. Это резко облегчает для конечных потребителей задачу создания АФАР на основе подобных модулей.



Благодаря оригинальным конструкторским решениям и использованию новых и перспективных материалов, таких как низкотемпературная совместно обжигаемая керамика (LTCC), композитные материалы, многослойные микроканальные жидкостные охлаждающие структуры, разрабатываемые ОАО «НИИПП», высокоинтегрированные планарные ППМ АФАР отличаются:

• рекордно малыми массогабаритными характеристиками;
• высокой надежностью и ремонтопригодностью;
• высокой технологичностью и низкой стоимостью.







ОАО «НИИПП» готово провести разработку и организовать серийное производство планарных приемных, передающих и приемопередающих модулей АФАР диапазонов S, C, X, Ku, Ka, согласно требованиям заинтересованного заказчика.







ОАО НИИПП имеет наиболее передовые позиции в России и в мире в области разработки модулей планарных АФАР с использованием технологии LTCC-керамики.


Планарные приемные многоканальные модули АФАР X-диапазона на основе LTCC-керамики-Made in Russia


Цитата:
планарная, функционально законченная конструкция с интегрированными антенными элементами
рекордно малая толщина - 13 мм
высокая стойкость к ВВФ СВЧ-субмодулей из LTCC керамики
высокая технологичность, повторяемость и стабильность параметров
интегрированный высокоскоростной синхронный последовательный интерфейс управления
возможность объединения модулей для создания антенн любого размера


Результаты выполненного в Томском университете систем управления и радиоэлектроники комплекс исследований и разработок в области создания GaAs и SiGe СВЧ монолитных интегральных схем, библиотек элементов и модулей САПР.
Коэффициент шума разработанных усилителей равен 1,4-1,6 дБ, в то время как у их аналогов – МИС МШУ TGA2511, TGA2512, HMC564 иHMC565 фирм Triquint и Hittite (США) он составляет от 1,5 до 2,3 дБ.



В 2015 г. в НОЦ НТ начаты работы по проектированию СВЧ МИС для универсального многодиапазонного многоканального приемопередатчика (L-, S- и C-диапазоны) в виде «системы на кристалле» (СнК). К настоящему времени на базе 0,25 мкм SiGe BiCMOS технологии спроектированы МИС следующих широкополосных СВЧ устройств (частотный диапазон 1-4,5 ГГц): МШУ, смеситель, цифровой управляемый аттенюатор (ЦАТТ), а также схема управления ЦАТТ.

Вывод: в ближайшее время "проблема" БРЛС для ЯК-130, БПЛА, ГСН для КР и ОТР будет решена на очень серьезном уровне. С большой долей вероятности можно предположить фактически "не имеющий аналогов в мире продукт". АФАР "в весовой категории" 60-80 кг (о требуемых для ЯК-130 220кг-270кг массе БРЛС я умолчу)? Да, ЛЕГКО. А нет ли желания получить полноценный 30 кг АФАР?

А пока… Пока "дело обстоит так":

На прошедшем в феврале сингапурском авиасалоне Singapore Airshow-2016 перспективный российский истребитель ПАК ФА удостоился нескольких критических высказываний со стороны представителя компании «Локхид Мартин» - производителя многоцелевого истребителя F-35 пятого поколения. Он, в частности, сказал, что одного лишь свойства радиолокационной малозаметности («стелс»), которое есть у ПАК ФА, недостаточно, чтобы причислить самолет к данному поколению, очевидно намекая на недостаточно «продвинутое» бортовое радиоэлектронное оборудование (БРЭО) Т-50.

При этом его оценка совпала с мнением ряда "экспертов" из России, которые считают, что ПАК ФА будет иметь проблемы с продажей на азиатском рынке. Мол, бортовые системы имеют слишком мало технологий пятого поколения, да и цена на ПАК ФА, согласно прогнозам, будет значительно выше, чем на Су -35, который интересен Китаю и Индонезии. Согласно данным интернет-ресурса IHS Jane's, радар и двигатель ПАК ФА (основные подсистемы истребителя) такие же, как на Су-35. Часть авионики на борту Т-50 и Су-35 также идентичны. Су-35 при всем при этом относится к поколению 4++.


Серийного ЛА еще нет. Продавать его Китаю и Индонезии РФ даже и не задумывалась (тут с СУ-35 бы разобраться), однако... Однако представитель «Локхид Мартин» и "ряд "экспертов" из России уже прогнозируют: будет дорого, будут проблемы с продажей Китаю и Индонезии. Бывает. Из истории "отсталости" авионики российского/советского производства для "ряда "экспертов" из России", справочно:

GaN и его твердые растворы – одни из самых востребованных и перспективных материалов современной электроники. Работы в этом направлении ведутся во всем мире, регулярно организуются конференции и семинары, что способствует быстрому развитию технологии создания электронных и оптоэлектронных приборов на основе GaN. Прорыв наблюдается как в параметрах светодиодных структур на основе GaN и его твердых растворов, так и в характеристиках ППМ на нитриде галлия- на порядок выше, чем у арсенидгаллиевых устройств.



В течение 2010 года в Институте СВЧ полупроводниковой электроники (ИСВЧПЭ) РАН на гетероструктурах AlGaN/AlN/GaN отечественного производства (ЗАО “Элма-Малахит”) были изготовлены полевые транзисторы с Ft = 77,3 ГГц и Fmax = 177 ГГц, имеющие коэффициент усиления по мощности более 11,5 дБ на частоте 35 ГГц. На базе данных транзисторов была впервые в России разработана и успешно реализована МИС трехкаскадного усилителя мощности диапазона частот 27–37 ГГц с Кр > 20 дБ и максимальной выходной мощностью 300 мВт в импульсном режиме. В соответствии с Федеральной целевой программой “Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники” предполагается дальнейшее развитие научных и прикладных исследований в данном направлении. В частности – освоение гетероструктур InAlN/AlN/GaN для создания приборов с рабочими частотами 30–100 ГГц, с участием ведущих отечественных предприятий и институтов (ФГУП “НПП “Пульсар”, ФГУП “НПП “Исток”, ЗАО “Элма-Малахит”, ОАО “Светлана-Рост”, ИСВЧПЭ РАН и др.).

Параметры отечественных гетероструктур и транзисторов с оптимальной длиной затворов на их основе (расчет):


Опытно- расчетным путем установлено, что для Ка-диапазона частот оптимальными являются гетероструктуры 2-го типа с tb=15 нм, из которых на сегодняшний день наилучшими параметрами обладает V-1400 ("Элма-Малахит") на подложке SiC, обеспечивающая создание транзисторов с начальным током до 1,1 А/мм при максимальной крутизне до 380 мА/мм и напряжении отсечки -4 В. При этом полевые транзисторы с LG=180 нм (LG/tB=12) имеют fT/fMAX=62/130 ГГц при отсутствии короткоканальных эффектов, что оптимально для УМ Ка-диапазона. В то же время транзисторы с LG=100 нм (LG/tB=8) на этой же гетроструктуре имеют более высокие частоты fT/fMAX=77/161 ГГц, то есть могут быть использованы в более высокочастотных V- и E-диапазонах, но из-за короткоканальных эффектов не являются оптимальными для этих частот.

Давайте вместе посмотрим самые продвинутые "чужие" и наши БРЛС:









Ретро: ушедшая в прошлое БРЛС «Фараон – М» (ее планировали устанавливать на Су-34, 1.44, «Беркут»). Диаметр балки 500 мм. Неэквидистантная ФАР "Фазотрона". Иногда её обзывают также "Копье-Ф".


Пояснения:
Планарная технология — совокупность технологических операций, используемых при изготовлении планарных (плоских, поверхностных) полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.
Применение:
-для антенн: Планарные антенные системы BlueTooth в сотовых телефонах.

-для преобразователей ИП и ПТ: Планарные трансформаторы Марафон, Zettler Magnetics или Payton.


-для SMD транзисторов
и т.д. см. подробнее патент Российской Федерации RU2303843.

LTCC-керамика:
Низкотемпературная совместно обжигаемая керамика (Low Temperature Co-Fired Ceramic, LTCC) - технология низкотемпературной совместно обжигаемой керамики используемая для создания микроволновых излучающих устройств, включая Bluetooth и WiFi-модули во многих смартфонах. Широко известна по применению в изготовлении АФАР радаров истребителя пятого поколения Т-50 и танка четвертого поколения Т-14.



Суть технологии заключается в том, что устройство изготавливается подобно печатной плате, но находящейся в расплаве стекла. "Низкотемпературная" означает, что обжиг осуществляется при температурах около 1000С вместо 2500С для технологии HTCC, когда возможно использование не весьма дорогих высокотемпературных компонент из молибдена и вольфрама в HTCC, но и более дешевой меди в сплавах золотом и серебром.

Использованы документы и фотографии (все сведения взяты из открытой печати):
http://www.niipp.ru (Материалы АО " НИИП")
http://ieeexplore.ieee.org
http://www.nanoindustry.s
http://wikipedia.org
http://icquest.ru
https://news.rambler.ru
ПЛАНАР-БНК Презентация ТехПроекта 121030 (Монастырев Е.А. зам.дир.по научной работе,нач.101 отдела)
Microwave and Telecommunication Technology (CriMiCo), 2011 21th International Crimean Conference/ 21-ая Крымская конференции «CВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» 2011
ОБМЕН ОПЫТОМ В ОБЛАСТИ СОЗДАНИЯ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ
Материалы VI общероссийской научно-технической конференции (Омск, 19–20 апреля 2016 г.)
Автор:
Пользователь "Просто"
Ctrl Enter

Заметили ошЫбку Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

22 комментария
Информация
Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо зарегистрироваться.
Уже зарегистрированы? Войти