Page 117 - bilgem-teknoloji-dergisi-5

Bahattin TÜRETKEN, Koray SÜRMELİ, Aziz U. ÇALIŞKAN Radar Antenleri – V: Faz Dizili Antenler – Besleme, Uygulama ve Gelişim Yönü

plakası doğrusal polarizasyonlu dalgayı dairesel sağlarken, yüksek geçiren durumunda da faz ilerlemesi Teknolojileri Araştırma Labortuvarının (YİTAL) cihaz parkı; jonksiyonuna kadar dereceli olarak artırılması halinde baz
polarizasyonlu dalgaya dönüştürür. Bu dalga uygulanan sağlar. S bandında güç kuvvetlendiricisi gerçeklemek için LDMOS bölgesi içinde yasak bandın enerji düzeyi dereceli olarak
alanın doğrultusuna ve genliğine bağlı olan kendi içsel fazı MEMS faz kaydırıcılarda eleman başına ışıyan güç teknolojisini ve X bandında çalışabilecek MMIC üretimi için düşmektedir. Bu durum baz bölgesi içinde sözde bir
ile ferrit yüklü bölge içerisinden ilerler. Çıkıştaki çeyrek miktarı nispeten daha düşük olduğundan pasif faz dizili de 0,25 μm SiGeC BiCMOS teknolojisini geliştirecek biçimde elektriksel alan oluşmasına neden olmakta ve taşıyıcıların
dalga plakası dairesel polarizasyonlu dalgayı tekrar doğrusal antenler için bir alternatif sunarlar. MEMS faz kaydırıcılar güncellenmiştir. Aşağıda bu teknolojiler kısaca tanıtılacaktır: hareketliliğini yükseltmektir. Oluşan bu elekriksel alan 30-
polarizasyonlu dalgaya çevirir. Karşılı bir aygıtta, karşılı küçük boyutları, düşük ağırlıkları, düşük araya girme a) LDMOS Teknolojisi 40 kV/cm mertebesindedir. Bu mertebede bir elektriksel
olmayan bu etkilerin birleşimi sayesinde manyetizasyonun kayıpları ve düşük güç tüketme gibi özellikleri nedeniyle alan yaratmak için silisyuma atomca % 12 mertebesinde Ge
doğrultusunun tersine çevrilmesine gerek duyulmaz. yüzey etkin (space-based) dizi anten uygulamalarında Bu teknolojiyle üretilen RF güç transistörleri; yüksek katkılanması gerekmektedir. Ge katkısıyla bipolar transis-
Anahtarlama sürelerini küçültmek için enine manyetik kullanılırlar. gerilimde çalışma olanağı, kaynak kontağının doğrudan törün baz bölgesindeki enerji bandının değişimi Şekil 4’te
(transverse magnetic) dört kutuplu alan ile kontrol edilen toprağa bağlanması, güvenilirliğinin yüksek ve gösterilmiştir.
değişken ferrit bölümlerinin yer aldığı alternatif tasarımlar 1990’lı yıllarda verici/alıcı birimleri için tek parça alternatiflerine göre (pHEMT, GaN) düşük maliyetli olması
da mevcuttur. mikrodalga tümdevre (‘Monolithic Microwave Integrated nedenleriyle cep telefonlarının baz istasyonlarında ağırlıklı
Circuit’, MMIC) faz kaydırıcılar geliştirilmiştir. Bu tip faz olarak kullanılmaktadır. Benzer olarak, S bandı faz dizili Si
Döner alan ferrit faz kaydırıcılar karşılıdır. Bu faz radarların güç katında da LDMOS transistörleri kullanılmaya e
-
kaydırıcı yapısı, sırasıyla, dikdörtgen dalga kılavuzundan kaydırıcılar küçük boyutlara, yüksek anahtarlama hızlarına, başlamıştır. - SiGe
düşük güç tüketim düzeylerine ve düşük maliyet
dairesel dalga kılavuzuna dönüştürücü, doğrusal özelliklerine sahip olup, bir verici/alıcı biriminin düşük güç e
polarizasyondan dairesel polarizasyona dönüşüm tarafında alçak geçiren süzgeçten sonra kullanılır. Standart MOS transistörlerden farklı olarak, LDMOS
gerçekleştiren bir kutuplayıcı (polariser), enine manyetize yapısında transistörün etkin kanal genişliği fiziksel kanal E C
edilmiş bir ferrit parça, dairesel polarizasyondan doğrusal 4 SiGe VE LDMOS TEKNOLOJİLERİ boyundan daha kısadır. Bu özellik transistörün kanal E F
polarizasyona dönüşüm gerçekleştiren bir başka kutuplayıcı bölgesindeki katkı profilinin kaynak bölgesinden savak Enerji [eV]
ve dairesel dalga kılavuzundan dikdörtgen dalga kılavuzuna GaAs teknolojisi, yüksek taşıyıcı hareketliliğine sahip bölgesine doğru sert bir eğimde olması sağlanarak elde
dönüştürücüden oluşmaktadır. Merkezdeki ferrit dairesel olduğundan yüksek frekans uygulamalarında sıkça edilir. Böylelikle bu yapının daha yüksek frekansta çalışması E V
dalga kılavuzunun içerisini tamamen doldurur ve enine dört kullanılmaktadır. Yüksek gerilime dayanma özelliği, düşük sağlanmıştır. Transistörün yüksek gerilimde çalışma özelliği n p n
kutuplu bir alan ile sürülür. Bu alan çerçeve içerisine ısıl direnci ve ışınıma (radyasyona) karşı yüksek bağışıklığı ise, kanal bölgesini takiben savak bölgesinin az katkılı -
yerleştirilen sinüs ve kosinüs sarmalları ile üretilir. Her bu teknolojinin askeri uygulamalarda da yaygın olarak yüksek dirençli - olmasıyla elde edilir. Yüksek dirençli savak (a)
sarmal ferrit parça içerisinde enine dört kutuplu manyetik kullanılmasını sağlamıştır. Bununla beraber, GaAs bölgesinin uzunluğu artırılarak LDMOS transistörünün
alan üretir. Sarmallar birbirine geçirilir. Öyle ki, iki sarmal teknolojisinin üretim süreçlerindeki düşük verim çalışma gerilimi yükseltilir. Savak bölgesindeki bu ek direnç,
içerisindeki akımları ayarlamak suretiyle dört-kutup alanın problemine çözüm bulunamaması, bu teknoloji ile üretilen transistörün akımının sınırlanması üzerinde negatif etki
ana eksenleri herhangi bir açıya döndürülebilir. Faz bileşenlerin (komponentlerin) maliyetlerinin yüksek oluşturmaz, fakat transistörün güç verimini düşürmesi %12 Ge
kaymasının miktarı, manyetize edilmiş olan ferrit parçanın olmasına neden olmaktadır. Faz dizili antenlerde çok sayıda (Power Added Efficiency) açısından önem taşımaktadır.
ana ekseninin etkin açısı ile orantılıdır. verici/alıcı birimi kullanıldığından, bileşenlerin toplam LDMOS’un çalışma gerilimi savak direnci yükseltilerek elde Ge Yoğunluğu
maliyete katkısı yüksektir. Sadece maliyeti düşürmek için edildiğinden, transistörün belverme gerilimi çalışma
3.3 Elektronik Faz Kaydırıcılar değil, GaAs teknolojiyle gelinen noktada kalmayıp, daha isterlerini ancak karşılayacak değerde seçilmelidir. LDMOS
hafif ve hava soğutmalı anten tasarımının yapılabilmesi için yapısı RF güç uygulamaları için ayrık bileşen olarak
Genel olarak dört farklı elektronik faz kaydırıcı yapısı de alternatif teknolojiler geliştirmek, günümüzde üzerinde
mevcuttur [12], [13]. Bunlar anahtarlamalı hat faz çalışılan konulardandır. kullanılmasına ek olarak MMIC’lerde de kullanılmaktadır. Emetör Baz Kollektör
2010 yılı içinde 6 GHz WLAN uygulamaları için 1 W çıkış
kaydırıcılar, hat yansımalı faz kaydırıcılar, yüklemeli hat faz güçünü % 40 savak verimi ile sağlayan LDMOS, SiGe
kaydırıcılar ve yüksek ya da alçak geçiren faz kaydırıcılardır. Yüksek frekans uygulamalarında (cep telefonu, WLAN (b)
gibi) LDMOS (Laterally Diffused MOS) ve SiGe HBT BiCMOS süreci içinde gerçeklenmiştir [14].
Faz yapısını elektronik olarak anahtarlayabilmek için bu (Heterojunction Bipolar Transistor) BiCMOS teknolojileri geniş b) SiGe Teknolojisi Şekil 4. SiGe karma jonksiyonlu bipolar transistörün a) enerji bant
devreler içerisinde pin diyotlar, alan etkili transistörler (FET) olarak kullanılmaktadır. Benzer olarak, faz dizili antenlerin diyagramı, b) baz bölgesine yapılan Ge katkı profili.
veya mikroelektromekanik anahtarlar (MEMS) kullanılır. verici/alıcı birimlerinde de silisyum (Si) teknolojisinin Bu teknolojinin getirdiği temel yenilik bipolar
Anahtarlamalı hat faz kaydırıcılar ve hat yansımalı faz kullanılması gündemdedir. Askeri uygulamalarda Si transistörün baz bölgesine Germanyum (Ge) katkısıdır.
kaydırıcılar, farklı uzunluktaki iki iletim hattından birini teknolojisinin kullanılmaya başlamasıyla, yakın gelecekte bu Bipolar transistörün emetör bölgesinden baz bölgesine giren Karma jonksiyonlu (heterojunction) bipolar transistörlerin
seçmek için anahtarlar kullanırlar. Yüklemeli hat faz sistemlerin hem fiyatlarının düşmesi hem de güvenilirliğinin taşıyıcılar (npn yapısı için elektronlar) bu bölgede artık bir baz bölgelerinin oluşturulmasında bölgesel epitaksiyel film
kaydırıcılarda ise, faz hızını artırmak için devre içerisinde yükselmesi beklenmektedir. azınlık taşıyıcısıdır ve kollektör bölgesine ulaşıncaya kadar depolama tekniği kullanılmaktadır. Si pul yüzeyinde
yer alan endüktörler, faz hızını azaltmak için de devre difüzyonla hareket ederler. Taşıyıcıların baz bölgesinde bölgesel olarak depolanan SiGe filmleri, süreç
içindeki kondansatörler anahtarlanır. Bu yapıda reaktans Enstitümüzde sistem veya cihaz tasarımına genel olarak aldıkları mesafe ne kadar kısa ise ya da taşıyıcılar bu bölgede tamamlandığında bipolar transistörlerin baz bölgelerini
bileşenlerinin birbirlerini sıfırlamaması için çeyrek dalga hat bileşen düzeyinden başlanmaktadır. Kripto cihazları için ne kadar hızlı hareket ederlerse, transistör o kadar hızlı oluşturmakta, böylece, standart CMOS sürecinin yanında,
kullanılır. Yüksek/alçak geçiren faz kaydırıcılarda, T devresi milli algoritma içeren uygulamaya özgü tümdevrelerin çalışacaktır. Bipolar transistörlerin kesim frekansının bipolar düzenler için gerekli baz ve emetör bölgeleri
içerisindeki uygun elemanlar seçilerek anahtarlar ya alçak (‘Application-Specific IC’, ASIC) enstitümüzde üretilmesi gibi, yükseltilmesi için, 1990’lı yılların başında IBM firması, eklenerek, aynı kırmık üzerinde hem NMOS ve PMOS hem
geçiren devre ya da yüksek geçiren devre durumuna faz dizili antenlerde kullanılan MMIC’lerin de enstitümüzde silisyuma Ge eklenmesiyle Si kristalinin enerji bant de bipolar yapılar üretilebilmektedir. Si kristaline Ge
getirilir. Devre alçak geçiren durumunda faz gecikmesi gerçeklenmesi planlanmıştır. Bu amaçla DPT’nin aralığının değiştirilebildiğini göstermiştir. Ge atomlarının katkılanmasıyla yasak bant aralığının değiştirilmesi ve
desteklediği altyapı projeleri ile enstitümüzün Yarıiletken yoğunluğunun emetör jonksiyonundan başlayarak kollektör bipolar transistörün performansının yükselmesine ek olarak,

114 Sayı 05 Ocak-Nisan 2011 http://www.bilgem.tubitak.gov.tr/ 115
·