Principalele rezultate obtinute in 2015
1. Introducere
În etapa curenta este raportată integrarea de sistem a senzorului de imagistică în domeniul undelor milimetrice. Este utilizată integrarea hibridă a diferitelor blocuri componente investigate în etapele anterioare. Sunt investigate tehnologii de integrare bazate pe epoxy conductiv şi pe conectarea cu fire lipite prin termocompresie. Întregul front-end este plasat pe un cablaj imprimat (PCB – printed circuit board) şi conectat la conectoare coaxiale care asigură interfaţa cu restul sistemului de măsură.
2. Proiectarea sistemului
Schema bloc a senzorului de imagistică este prezentată în Fig.1. Ea conţine antena, amplificatorul de zgomot redus (LNA), circuitul de detecţie şi filtrul trece-jos (LPF). Antena recepţionează semnalul care se propagă în spaţiul liber, acţionând ca interfaţă între acesta şi propagarea ghidată pe liniile de transmisiune. În schema din Fig. 1, semnalul este amplificat de LNA, putând însă fi integrate şi configuraţii de senzori de imagistica fără LNA. Urmează detecţia semnalului de unde milimetrice, rezultând o tensiune de curent continuu proporţională cu puterea semnalului detectat. Filtrul trece jos selectează componenta de curent continuu si componentele spectrale de frecvenţă joasă, reflectând semnalul de unde milimetrice înapoi spre dioda detectoare. Semnalul de la ieşire Vout urmează a fi preluat şi prelucrat de sistemul extern de procesare de semnal.
Fig. 1 Schema bloc a senzorului de imagistică în domeniul undelor milimetrice
3. Fabricare şi integrare hibridă a blocurilor componente
În această etapă au fost utilizate pentru integrare hibrida structurile de antene raportate în etapele precedente (matrici de antene cu slot foldat, antene în tehnologia de ghid de undă integrat în substrat
– SIW – cu frecvenţele de funcţionare de 35 GHz şi 94 GHz).
Matricea de antene slot foldat 3x1 a fost integrată cu un detector cu o diodă detectoare. Detectorul mai conţine o reţea de adaptare linie-stub-linie şi un filtru trece jos. Stubul liniei de adaptare este simetric şi este terminat în scurtcircuit pentru a asigura o cale de curent continuu spre planul de masă pentru diodă. Filtrul este realizat prin cascadarea a patru tronsoane de impedanţă mare şi patru tronsoane de impedanţă mică, toate în tehnica CPW. Ieşirea filtrului este conectată la un pad care permite conectarea lui la un conector coaxial de tip SMA.
A fost proiectat un detector cu diodă detectoare integrată hibrid pentru antena LTCC alimentată prin SIW pentru frecvenţa de funcţionare de 35 GHz. Lungimea liniei CPW care conectează detectorul cu tranziţia spre linia SIW care alimentează antena reprezintă un parametru important în optimizare. Detectorul include un filtru trece jos realizat prin cascadarea a patru tronsoane de impedanţă mare şi patru tronsoane de impedanţă mică, toate în tehnica CPW. Layoutul detectorului este prezentat în Fig.2 (a). Un detaliu al diodei detectoare integrate hibrid este prezentat în Fig.2 (b). Dioda a fost conectată utilizând pastă de argint epoxy.
(a) |
(b) |
Fig. 2 (a) Layoutul general al circuitului de detecţie; (b) detaliu al diodei detectoare integrate hibrid
Pentru creşterea senzitivităţii senzorului, între antenă şi detector a fost integrat hibrid un amplificator de zgomot redus (LNA). Amplificatorul este realizat în tehnologie microstrip şi este plasat pe substratul de siliciu într-o zonă metalizată. El este lipit în această zonă cu pastă de argint epoxy, asigurând un bun contact cu planul de masă al liniilor CPW de la intrare şi de la ieşire. Plasarea capacitoarelor cip de decuplare pentru toate padurile de alimentare este importantă pentru a asigura funcţionarea stabilă a LNA-ului. Aceste capacitoare au o valoare de 100 pF, au o armătură conectată la planul de masă şi sunt conectate cu fire de aur. Tot cu fire de aur sunt conectate intrarea LNA-ului la linia CPW de alimentare a antenei şi ieşirea LNA-ului la portul CPW de intrare în detector. Senzorul astfel integrat este plasat pe un cablaj imprimat care asigură atât alimentarea în DC cât şi preluarea semnalului de ieşire de un cablu coaxial pentru a fi prelucrat ulterior.