Перспективы развития СВЧ-компонентов: новые технологии и идеи
Переход на миллиметровые и субмиллиметровые диапазоны
Все больше СВЧ-компонентов функционируют на указанных диапазонах, что объясняется их оптимальным соответствием следующим системам и комплексам связи:
- Телевизионные коммуникации.
- Системы, обеспечивающие ближнюю связь на максимальной скорости, поддерживающие диапазоны в сотни гигагерц.
- Сенсоры сверхвысокой частоты.
- Технологии RFID.
- Радары, от массивных военных и специализированных, до максимально компактных, все шире использующихся в гражданской отрасли, например, при производстве автомобилей с функцией автопилота и модулями безопасности, защищающими от столкновений при ошибке или невнимательности водителя.
- Медицинское диагностическое оборудование, наноскопы.
Миллиметровый диапазон – одно из новейших направлений, характерных для СВЧ-рынка, а потому оно требует принципиально иного подхода, использования недоступных ранее решений, элементов, систем. Статистика показывает, что освоение этого направления активно финансируется, так что в ближайшее время можно ожидать вытеснения устаревающих устройств новыми СВЧ-компонентами, соответствующими наиболее технологичным производственным, промышленным отраслям.
Инновационные материалы
В качестве примеров классических материалов, использующихся при производстве СВЧ-компонентов, можно назвать кремний или нитрид галлия. В последнее время, однако, они все шире замещаются монокристаллическим алмазом, уникальным материалом, выдерживающим максимально жесткие эксплуатационные условия, характеризующимся отличными оптическими, проводящими свойствами.
Именно алмаз – наиболее перспективная технология выпуска СВЧ-компонентов, работающих на максимальных частотах, мощностях, поддерживающих широкие частотные диапазоны. Если говорить о преимуществах СВЧ-компонентов, изготовленных на основе алмаза, выглядят они следующим образом:
- Огромное напряжение пробоя. Эта особенность дает возможность наращивать рабочее напряжение компонента без увеличения габаритов, соответственно, достигать максимальной мощности без снижения высокочастотных параметров.
- Отличная теплопроводность. Тепловая энергия от рабочей зоны сверхвысокочастотной структуры отводится максимально активно и эффективно, что сводит к минимуму вероятность перегрева. Например, если сравнить алмаз с уже упомянутым нитридом галлия, то теплопроводность первого выше в 10 раз. Эффективный теплоотвод позволяет сделать СВЧ-компоненты компактнее, не использовать при их сборке дополнительные элементы для улучшения охлаждения, не комплектовать оборудование на их основе, например, усилители, дорогими и технически сложными активными модулями охлаждения, вентиляторами.
- Минимальная диэлектрическая проницаемость. Она на 50% ниже, чем у нитрида галлия. Эта особенность обеспечивает двукратно меньшие паразитные емкости транзисторов, позволяет им функционировать с минимальными потерями даже при выходе на высокие рабочие частоты.
Как теоретические расчеты, так и практические испытания наглядно демонстрируют, что СВЧ-компоненты на основе алмазов оказываются гораздо более эффективными, в сравнении с аналогами на транзисторах, полупроводниковых материалах. Именно за счет этого, технология их изготовления признается наиболее перспективной даже специалистами, ведущими инженерами и разработчиками отрасли.
Развитие микроэлектромеханических СВЧ-компонентов
Такие детали ориентированы, в первую очередь, на портативные, мобильные устройства связи, которые должны быть максимально компактными и легкими, без чего невозможно достичь эксплуатационного удобства. Микромеханические технологии позволяют наладить выпуск множества модулей, необходимых устройствам связи:
- Коммутаторы;
- Усилители;
- Фильтры;
- Генераторы;
- Смесители;
- Диплексоры.
Микроэлектромеханические СВЧ-компоненты характеризуются миниатюрностью, минимальными значениями потребляемой мощности, при этом, они очень надежны и выдерживают даже значительные внешние нагрузки без повреждений, при полном сохранении изначальных характеристик и параметров. Перспективная технология позволяет выпускать различные детали, ориентированные как на поверхностный, так и на объемный монтаж, что необходимо для производства различного оборудования.