• Українська
  • English
  • Русский
ISSN 1028-821X (Online)
ISSN 2415-3400 (Print)

Твердотельные компоненты и устройства электронной техники терагерцевого диапазона в Украине

Карушкин, НФ
Organization: 

Государственное предприятие «Научно-исследовательский институт «Орион»
8а, ул. Э. Потье, Киев, 03680, Украина

E-mail: orion@ri-orion.kiev.ua

https://doi.org/10.15407/rej2018.03.040
Язык: русский
Аннотация: 

Предмет и цель работы. Одна из основных проблем, возникающих при освоении терагерцевого диапазона, связана с необходимостью обеспечения разрабатываемой в этом диапазоне частот перспективной аппаратуры эффективными компонентами электронной техники.

Методы и методология работы. В настоящей статье приведен сравнительный анализ характеристик компонентов терагерцевого диапазона, выполненных на основе твердотельных элементов и волноведущих электродинамических структур.

Результаты работы. Показаны особенности конструктивных решений в процессе создания полупроводниковых компонентов и устройств, таких как генераторы, усилители, умножители частоты, измерители мощности, линии  передачи и устройства для модуляции электромагнитных волн с использованием р–i–n-структур. Рассмотрены основные направления практического применения аппаратуры и оборудования терагерцевого диапазона.

Заключение. Показана привлекательность терагерцевого диапазона для создания скоростных систем связи, радиолокации с высокой разрешающей способностью, систем радиовидения, устройств дистанционной идентификации  веществ, другой специальной и гражданской техники. Приведенные данные свидетельствуют о потенциальных возможностях ведущих предприятий Украины при решении задач освоения терагерцевого интервала частот.

Ключевые слова: генератор, детектор, линия передачи, радиовидение, р–i–n-модулятор, терагерцевый диапазон, усилитель

Статья поступила в редакцию 14.12.2017
PACS 84.40; 64.70.kg
УДК 621.382.029.65
Radiofiz. elektron. 2018, 23(3): 40-64
Полный текст (PDF)

References: 
  1. IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1995. Vol. 43, N 4. Pt. 2. Spec. Iss. Terahertz Technique. P. 997–1210.
  2. Еру И. И. Терагерцевая техника и технология: современное состояние, тенденции развития и перспективы практического применения. Успехи современной радиоэлектроники. 1997. № 3. С. 51–79.
  3. Исаев В. М., Кабанов И. Н., Комаров В. В., Мещанов В. М. Современные радиоэлектронные системы терагерцевого диапазона. Доклады ТУСУТа. 2014. № 4(34). С. 5–21.
  4. Карушкин Н. Ф. Возможности применения терагерцевого диапазона радиоволн. 5-я Междунар. конф. и 3-я Междунар. студенческая конф. «Проблемы телекоммуникации» (19–22 апр. 2011, Киев): тез. докл. Киев: НТУУ КПИ, 2011. С. 23–27.
  5. Алавердян С. А., Боков С. И., Булгаков В. О., Зайцев Н. А., Исаев В. М., Кабанов И. Н., Катуш-
    кин Ю. Ю., Комаров В. В., Креницкий А. П.,
    Мещанов В. П., Савушкин С. А., Сыромятников А. В., Якунин А. С. Терагерцевый диапазон частот: Элект-ронная компонентная база. Вопросы метрологического обеспечения. Обзоры по электронной технике. Сер. 1. Электроника СВЧ. Москва: ЦНИИ Элект-роника, 2012. 74 с.
  6. Пожидаев В. Н. Возможности применения терагерцевого диапазона радиоволн. Радиотехника. 2006. № 5. С. 5–8.
  7. Кравчук С. О., Наритник Т. Н. Телекоммунікаційні системи терагерцового діапазону. Житомир: ФОП «Євенок О.О.», 2015. 208 с.
  8. Chattopadhyay G. Technology, capability and performance of low power terahertz sources. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2011. Vol. 1, N 1. P. 33–53. DOI: 10.1109/TTHZ.2011.2159561
  9. Schlecht E., Maiwald F., Chattopadhyay G., Martin S., Mehdi I. Design considerations for heavily–doped cryogenic Schottky diode varactor multipliers. Proc.
    12th Int. Symp. Space Terahertz Technology (14–16 Feb. 2001). San Diego, USA. 2001. P. 485–494.
  10. Гершензон Е. М., Голант М. Б., Негирев А. А., Совельев К. С. Под ред. Н. Д. Девяткова. Лампы обратной волны миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн. Москва: Радио и связь, 1985. 135 с.
  11. Акционерное общество «Научно-производственное предприятие «Исток» имени А. И. Шокина» (АО «НПП «Исток» им. Шокина»). Россия. 2003. URL: http://www.istokmw.ru/
  12. Любченко В. Е. Фундаментальные ограничения и перспективы применения полупроводниковых приборов в радиосистемах миллиметрового диапазона волн. Радиотехника. 2002. № 2. С. 16–27.
  13. Асеев А. Л. Нанотехнологии в полупроводниковой электронике. Вестник Российской академии наук. 2006. Т. 76, № 7. С. 603–611.
  14. Обухов И. А. Некоторые проблемы современной наноэлектроники. 15-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2005) (12–16 сент. 2005, Севастополь): материалы конф. Севастополь, 2005. С. 5–7.
  15. Гончарук Н. М., Карушкин Н. Ф. Нитрид-галлие-вый резонансно-туннельный диод. 19-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2009) (14–18 сент. 2009, Севастополь): материалы конф. Севастополь, 2009. С. 671–674.
  16. Гончарук Н. М., Карушкин Н. Ф. Резонансно-эмис-сионный диод на нитрид-галлиевом катоде с однослойным катодным покрытием. 24-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2014) (7–13 сент. 2014, Севастополь): материалы конф. Севастополь, 2014. C. 817–818.
  17. Обухов И. А., Смирнова Е. А. Нанопровод как активный элемент генератора СВЧ-излучения. Нано- и микросистемная техника. Т 8. № 8. 2016. С. 509–517.
  18. Гончарук Н. М., Карушкин Н. Ф. Нитрид-галлие-вый диод Ганна миллиметрового диапазона.
    22-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2012) (10–14 сент. 2012, Севастополь): материалы конф. Севастополь, 2012. С. 161–162.
  19. Дворниченко В. П., Карушкин Н. Ф., Мальцев С. Б., Чайка В. Е. Работа ЛПД в режиме радиоимпульсного умножения частоты. Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1985. Вып. 4(386). С. 40–41. 
  20. Карушкин Н. Ф., Обухов И. А., Балабанов В. М., Смирнова Е. А. Твердотельные модули для генерации СВЧ-излучения в диапазоне частот до 200 ГГц. 26-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2016) (04–10 сент. 2016, Севастополь): материалы конф. Севастополь, 2016. P. 289–295.
  21. Карушкин Н. Ф., Мальцев С. Б., Хитровский В. А. Твердотельные СВЧ-модули для радиотехнической аппаратуры и систем миллиметрового диапазона длин волн. Технология и конструирование в элект-ронной аппаратуре. 2016. № 1. С. 3–7.
  22. Государственное предприятие «Научно-исследо-вательский институт “Орион”», Киев, Украина. URL: http://www.orion.org.ua
  23. Балабанов В. М., Карушкин Н. Ф., Обухов И. А., Смирнова Е. А. Источники СВЧ-мощности на лавинно-пролетных диодах в коротковолновой части миллиметрового диапазона. 27-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2017) (10–16 сент. 2017, Севастополь): материалы конф. Севастополь, 2017. Т. 1.
  24. Дворниченко В. П., Карушкин Н. Ф., Малышко В. В., Ореховский В. А. Полупроводниковый генератор импульсного действия с электронным переключением частоты Ка-диапазона. Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2015. № 4. С. 3–7.
  25. Карушкин Н. Ф. Использование кольцевых структур ЛПД для увеличения средней импульсной мощности генераторов миллиметрового диапазона. Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 2010. Вып. 4(507). С. 46–54.
  26. Касаткин Л. В., Чайка В. Е. Полупроводниковые устройства диапазона миллиметровых волн. Севас-тополь: Вебер, 2006. 319 с.
  27. Карушкин Н.Ф. Фазовая синхронизация в мощных импульсных приборах СВЧ. 26-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2016) (04–10 сент. 2016, Севастополь): материалы конф. Севастополь, 2016. C. 1712–1715.
  28. Goncharuk N. M., Karushkkin N. F., Malyshko V. V., Orehovskiy V. A. Terahertz Diode on Gallium Nitride Microcathode. 8th Int. Kharkov Symp. on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves (MSMW’13) and Workshop on Terahertz Technology (Teratech’13) (23–28 June, 2013): proc. Kharkov, Ukraine. Р. 85–87.
  29. Goncharuk N. M., Karushkkin N. F., Malyshko V. V., Orehovskiy V. A. Submillimeter diode on gallium arsenide nanostructure. Ibid. P. 121–123.
  30. Гончарук Н. М., Карушкин Н. Ф., Малышко В. В., Ореховский В. А. Нитридгаллиевый диод с туннельной инжекцией. Радиофизика и электроника. 2013. Т. 4(18), № 3. С. 69–78.
  31. Сизов Ф. Ф., Апатская М. В., Гуменюк-Сычевская Ж. В., Забудский В. В., Момот Н. И., Смолий М. И., Цыб-рий З. Ф., Дворецкий С. А., Михайлов Н. Н., Сахно Н. В. Многоэлементные приемники терагерцевого излучения на CdHgTe. Прикладная физика. 2011. № 2. C. 61–66.
  32. Смирнов К. В., Вахтомин Ю. Б., Дивочий А. В., Ожегов И. В., Пентин И. В., Гольцман Г. Н. Приемники инфракрасного и терагерцевого излучения
    на основе сверхпроводниковых наноструктур.
    15-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2010) (13–17 сент. 2010, Севастополь): материалы конф. Севастополь, 2010.
  33. Шашкин В. И., Мурель А. В. Диагностика микроволновых низкобарьерных детекторных диодов.
    17-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2007) (10–14 сент. 2007, Севастополь): материалы конф. Севастополь, 2007. С. 587–588.
  34. Terahertz (THz) Hot Electron Bolometer (HEB) Detectors from 0.3 to 70 THz, 2011. URL: http://www.insight-product.com/detect3.htm
  35. Dooley D. Terahertz detectors: Sensitivity of broadband pyroelectric terahertz detectors continues to improve. Laser Focus World. 2010. Vol. 46, N 5. P. 42–56.
  36. А. с. 263697 СССР, МПК G01r 21/04. Измеритель мощности СВЧ / Л. Г. Гасанов, Н. Ф. Карушкин, Л. С. Кременчугский, П. И. Ящишин. № 1250575/26-9; заявл. 25.06.68; опубл. 10.11.70. Бюл. № 8.
  37. Тагер А. С., Вальд-Перлов В. М. Лавинно-пролет-ные диоды и их применение. Москва: Советское радио, 1968. 480 с.
  38. Шестопалов В. П. Физические основы миллиметровой и субмиллиметровой техники. В2Т-К. Киев: Наукова думка, 1985. Т. 1. 213 с.
  39. Комарь Г. И., Шестопалов В. П. Линии передачи для интегральных схем миллиметрового диапазона. Доклады АН СССР. 1985. № 2. С. 362–364.
  40. Згуровский М. З., Ильченко М. Е., Кравчук С. А., Нарытник Т. Н., Якименко Ю. И. Микроволновые устройства телекоммуникационных систем: в 2 т. Т. 1. Распространение радиоволн. Антенные и час-тотно-избирательные устройства. Киев: Политехника, 2003. 456 с.
  41. Малышко В. В., Карушкин Н. Ф., Ореховский В. А. Быстродействующий амплитудный модулятор миллиметрового диапазона с каскадным включением в линию передачи арсенид-галлиевых р–in-диодов. 23-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2005) (09–13 сент. 2013, Севастополь): материалы конф. Севастополь, 2013. P. 100–101.
  42. Горошко А. И., Кулешов Е. М. Исследование полого диэлектрического лучевода миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн. Радиотехника. 1972. Вып. 21. С. 215–219.
  43. Карушкин Н. Ф. Характеристики быстродействующих амплитудных переключателей инверсного типа миллиметрового диапазона. Техника и приборы СВЧ. 2010. № 1. С. 11–15.
  44. Карушкин Н. Ф. Твердотельные устройства и компоненты миллиметрового диапазона длин волн.  Прикладная радиоэлектроника. 2002. Т. 1, № 1. С. 77–81.
  45. Belous O. I., Bulgakov B. M., Fisun A. I. Basic Principles of Elaborated of Solid-State Millimeter Wave Sources with Dispersive Open Oscillating System. Third Int. Kharkov Symp. "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves" (MSMW 98) (15–17 Sept. 1998, Kharkov): proc. Kharkov, Ukraine, 1998. Vol. 1. P. 181–182.
  46. Карушкин Н. Ф., Малышко В. В., Ореховский В. А., Тухаринов А. А. Коммутационные управляемые устройства на p–i–n-диодах миллиметрового диапазона длин волн. Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2016. № 4–5. С. 34–40.
  47. Карушкин Н. Ф. Устройства для переключения и модуляции СВЧ-мощности в миллиметровом диапазоне. Радиофизика и электроника: сб. науч. тр. Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. Харьков, 2004. Т. 9, № 3. С. 596–602.
  48. Armstrong A. Monolithic Control Components for High Power MM-waves. Microwave Journal. 1985. N 9. P. 197–201.
  49. Коул Том. Использование GаN-технологии для коммерческих рынков. СВЧ-электроника. 2016. № 1. С. 64–65.
  50. Нефедов С. И., Нониашвили М. И., Лаговиер А. А., Голубов М. Е. Перспективы применения миллиметровой радиолокации для обнаружения и распознавания неподвижных и движущихся объектов на фоне подстилающей поверхности. IV Всероссийская конференция «Радиолокация и радиосвязь» (29 ноября – 3 декабря 2010, Москва): сб. докл. Москва: ИРЭ РАН, 2010. С. 237–242.
  51. Зубков А. Н., Обуханич Р. В., Карушкин Н. Ф., Прудиус И. Н., Слеркло Л. М. Перспективы создания радиолокационных систем селекции и распознавания сложных целей в миллиметровом диапазоне. Прикладная радиоэлектроника. 2002. Т. 1, № 1. С. 77–81.
  52. Аношкин И. М. Разработка авиационного высокоточного оружия малого калибра с многорежимными головками самонаведения за рубежом. Вестник военной академии Республики Беларусь. 2015. № 2. C. 4–23.
  53. Лукин К. А. Шумовая радиолокация миллиметрового диапазона. Радиофизика и электроника: сб. науч. тр. Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. Харьков, 2008. Т. 13, спец. вып. C. 344–358.
  54. Лукин К. А., Васюта К. С., Зоц Ф. Ф., Выплавин П. Л., Кудряшов В. В., Озеров С. В., Паламарчук В. П., Сущенко П. Г., Лукин С. К. Получение радиолокационных портретов образцов военной техники с помощью наземного шумового радара с синтезированной аппаратурой. Системи озброєння і військова техніка. 2013. № 4(36). C. 87–92.
  55. Melezhik P. N., Andrenko S. D., Sidorenko Yu. B., Provalov S. A., Razskazovskiy V. B., Reznichenko N. G., Zuykov V. A., Balan M. G., Varavin A. V., Usov I. S., Kolisnichenko V. V., Mus’kin Yu. N. A Coherent
    Ka-Band Radar with a Semiconductor Transmitter for Airport Surface Monitoring. Proc. Tyrrhenian Int. Workshop on Digital Communications Enhanced
    Surveillance of Aircraft and Vehicles
    (ESAV’08).
    (Capri, Italy, 03–5 Sept. 2008). Capri, 2008. P. 168–172.
  56. Мележик П. Н., Андренко С. Д., Сидоренко Ю. Б., Провалов С. А., Разсказовский В. Б., Резниченко Н. Г., Зуйков В. А., Балан М. Г., Варавин А. В., Колисни-ченко М. В., Муськин Ю. Н. Радиолокационный сенсор для системы контроля наземного движения в аэропортах. Матеріали IХ Міжнародної науково-технічної конференції «АВІА-2009» (21–23 вересня 2009, Київ). Київ: НАУ, 2009. Т. 1. С. 7.29–7.32.
  57. Калошин В. А., Чапурский В. В. Анализ систем радио-видения на основе дискретной мультистатической радиоголографии. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2012. C. 236–250.
  58. Казаринов Е. Д. Биологические эффекты электромагнитного поля терагерцевого диапазона. Элект-ронная техника. Сер1. СВЧ-техника. 2009. Вып. 4(508). С. 48–58.
  59. Бецкий О. В., Кислов В. В., Козьмин А. С., Креницкий А. П., Майбородин А. В., Смирнов В. Ф., Тупикин В. Д., Яременко Ю. Г. Терагерцевые волны и их применение. 15-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2007) (10–14 сент. 2005, Севастополь): материалы конф. Севастополь, 2007. С. 771–773.
  60. Chusseau L., Lampin J. F., Bollaert S., Duvillaret L. and Mangeney J. THz active devices and applications: a survey of recent researches. 35th European Microwave Conf. Paris, France, 4–6 Oct. 2005. Paris: IEEE.
  61. Бецкий О. В., Киричук В. Ф., Креницкий А. П., Лебедева Н. Н., Майбородин А. В., Тупикин В. Д. Терагерцевые волны и их применение. Биомедицинские технологии. Биомедицинская радиоэлект-роника. 2005. № 8. С. 40–48.