RU2298280C1 - Transistorized microwave oscillator with electrical frequency retuning - Google Patents
Transistorized microwave oscillator with electrical frequency retuning Download PDFInfo
- Publication number
- RU2298280C1 RU2298280C1 RU2005125699/09A RU2005125699A RU2298280C1 RU 2298280 C1 RU2298280 C1 RU 2298280C1 RU 2005125699/09 A RU2005125699/09 A RU 2005125699/09A RU 2005125699 A RU2005125699 A RU 2005125699A RU 2298280 C1 RU2298280 C1 RU 2298280C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- field
- effect transistor
- gate
- voltage
- transistor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике, а именно к генераторам СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты.The invention relates to electronic equipment, namely to microwave generators on a transistor with electrical frequency tuning.
В системах связи и радиолокационных станциях широко применяются генераторы СВЧ, в которых частота управляется напряжением. В ряде случаев требуется осуществлять перестройку частоты, при которой частота генератора изменяется от управляющего напряжения в широком диапазоне частот.In communication systems and radar stations, microwave generators are widely used, in which the frequency is controlled by voltage. In some cases, it is necessary to carry out frequency tuning at which the generator frequency varies from the control voltage in a wide frequency range.
Известен генератор СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты, содержащий биполярный транзистор в качестве активного прибора, выполненный из полупроводникового материала - кремния, и соединенные с ним колебательную систему и полупроводниковый прибор, управляемый напряжением - варакторный диод, включенный по схеме двухполюсника [1, стр.191].A known microwave generator on a transistor with electrical frequency tuning, containing a bipolar transistor as an active device, made of a semiconductor material - silicon, and connected to it an oscillating system and a voltage-controlled semiconductor device - a varactor diode included in a two-terminal circuit [1, p. 191].
Использование варакторного диода в качестве полупроводникового прибора, управляемого напряжением, основано на зависимости емкости варакторного диода от приложенного к нему напряжения.The use of a varactor diode as a voltage-controlled semiconductor device is based on the dependence of the capacitance of the varactor diode on the voltage applied to it.
Диапазон перестройки частоты такого генератора составляет до 30%.The frequency tuning range of such a generator is up to 30%.
Основные недостатки этого генератора СВЧ на транзисторе:The main disadvantages of this microwave generator on a transistor:
- низкий верхний предел диапазона перестройки частоты, составляющий 6-8 ГГц, который определяется предельной частотой полупроводникового материала - кремния,- the low upper limit of the frequency tuning range of 6-8 GHz, which is determined by the limiting frequency of the semiconductor material - silicon,
- невозможность достижения широкого диапазона перестройки частоты варакторным диодом, обусловленная его нелинейной вольтфарадной характеристикой, имеющей определенный (неуправляемый) закон изменения емкости, зависящий от одного напряжения.- the impossibility of achieving a wide range of frequency tuning by a varactor diode, due to its nonlinear capacitance-voltage characteristic, which has a certain (uncontrolled) law of capacitance variation, depending on one voltage.
Известен генератор СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты - прототип, содержащий полевой транзистор с затвором в виде барьера Шотки в качестве активного прибора, выполненный из полупроводникового материала - арсенида галлия, соединенные с ним колебательную систему и полупроводниковый прибор, управляемый напряжением, при этом полевой транзистор соединен по схеме с общим истоком, один конец колебательной системы соединен с затвором полевого транзистора, а другой - с полупроводниковым прибором, управляемым напряжением, в качестве которого служит так же, как и в первом аналоге, варакторный диод [1, стр.193].A known microwave generator on a transistor with electric frequency tuning - a prototype containing a field-effect transistor with a gate in the form of a Schottky barrier as an active device made of a semiconductor material - gallium arsenide, an oscillating system connected to it and a voltage-controlled semiconductor device, while the field-effect transistor connected according to the circuit with a common source, one end of the oscillatory system is connected to the gate of the field-effect transistor, and the other to a voltage-controlled semiconductor device, in the quality of which is the same as in the first analogue, a varactor diode [1, p. 193].
Использование в этом генераторе СВЧ в качестве активного прибора полевого транзистора с затвором в виде барьера Шотки, выполненного из полупроводникового материала группы AIIIBV - арсенида галлия, который обладает более высокой подвижностью электронов по сравнению с полупроводниковым материалом - кремнием, из которого выполнен биполярный транзистор - активный прибор в предыдущем аналоге, позволило увеличить нижний предел диапазона перестройки частоты выше 10 ГГц.The use of a microwave transistor with a gate in the form of a Schottky barrier in this generator, made of a semiconductor material of group A III B V - gallium arsenide, which has a higher electron mobility compared to a semiconductor material - silicon, of which a bipolar transistor is made - the active device in the previous analogue allowed to increase the lower limit of the frequency tuning range above 10 GHz.
Однако сложность получения широкого диапазона перестройки частоты, обусловленная использованием варакторного диода, характеризующегося неуправляемой вольтфарадной характеристикой, присуща и этой конструкции генератора СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты.However, the difficulty of obtaining a wide range of frequency tuning, due to the use of a varactor diode, characterized by an uncontrolled capacitance-voltage characteristic, is inherent in this design of a microwave generator on a transistor with electric frequency tuning.
Кроме того, невозможно создать конструкцию генератора СВЧ в монолитном исполнении, поскольку полевой транзистор с затвором в виде барьера Шотки и варакторный диод выполняются из различных полупроводниковых материалов раздельно.In addition, it is impossible to create a monolithic microwave generator design, since a field-effect transistor with a gate in the form of a Schottky barrier and a varactor diode are made separately from different semiconductor materials.
Техническим результатом изобретения является увеличение диапазона перестройки частоты и возможность создания генератора СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты в монолитном исполнении.The technical result of the invention is to increase the frequency tuning range and the possibility of creating a microwave generator on a transistor with electrical frequency tuning in a monolithic design.
Технический результат достигается тем, что в известном генераторе СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты, содержащем активный прибор - полевой транзистор с затвором в виде барьера Шотки, выполненный из полупроводникового материала группы АIIIВV и соединенный по схеме с общим истоком, сток которого служит выходом и на который подают напряжение положительной полярности, колебательную систему и полупроводниковый прибор, управляемый напряжением, при этом один конец колебательной системы соединен с затвором в виде барьера Шотки полевого транзистора, а другой - с полупроводниковым прибором, управляемым напряжением U, в него дополнительно введены два пленочных резистора с сопротивлением R1 и R2 соответственно, а в качестве полупроводникового прибора, управляемого напряжением, используют второй полевой транзистор с затвором в виде барьера Шотки, выполненный также из полупроводникового материала группы АIIIBV и соединенный также по схеме с общим истоком, а другой конец колебательной системы соединен со стоком второго полевого транзистора, одни из концов обоих пленочных резисторов соединены с затвором первого полевого транзистора, а другие концы этих пленочных резисторов с сопротивлением R1 и R2 соединены с общим истоком и с затвором в виде барьера Шотки второго полевого транзистора соответственно, при этом на затвор в виде барьера Шотки второго полевого транзистора подают управляющее напряжение U отрицательной полярности, изменяющееся в пределах от 0 до Uo, гдеThe technical result is achieved by the fact that in the well-known microwave generator on a transistor with electric frequency adjustment containing an active device - a field effect transistor with a gate in the form of a Schottky barrier, made of semiconductor material of group A III B V and connected according to the circuit with a common source, the drain of which serves the output and to which voltage of positive polarity, an oscillating system and a voltage-controlled semiconductor device is applied, while one end of the oscillating system is connected to the gate in the form of a barrier A Schottky field-effect transistor, and the other with a voltage-controlled semiconductor device U, two film resistors with resistance R 1 and R 2, respectively, are introduced into it, and a second field-effect transistor with a gate in the form of a Schottky barrier is used as a voltage-controlled semiconductor device It made also of a semiconductor material of a III B V and also connected with the common source circuit, and the other end of the oscillatory system is connected to the drain of the second field effect transistor, one of the ends of the wallpaper film resistors connected to the gate of the first field effect transistor, and the other ends of these film resistors with a resistance R 1 and R 2 are connected to a common source and gate as a barrier Schottky second field effect transistor, respectively, while the gate in a Schottky barrier of the second FET is supplied control voltage U of negative polarity, varying from 0 to U o , where
Uo - отрицательное напряжение отсечки второго полевого транзистора.U o - negative cutoff voltage of the second field effect transistor.
Колебательная система представляет собой разделительную емкость и индуктивность.The oscillation system is a separation capacitance and inductance.
Сопротивления R1 и R2 пленочных резисторов равны 80 /Uo/ и 320 /Uo/ соответственно.The resistances R 1 and R 2 of the film resistors are 80 / U o / and 320 / U o /, respectively.
Генератор СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты может быть выполнен как в гибридном, так и в монолитном интегральном исполнении.A microwave generator on a transistor with electrical frequency tuning can be performed both in hybrid and in integral integral design.
Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.
Генератор СВЧ содержит два полевых транзистора с затвором в виде барьера Шотки, выполненных из полупроводникового материала - арсенида галлия, соединенные по схеме с общим истоком, при этом один из них - первый служит для получения генерации на частоте f и заданной выходной мощности, реализуемой с помощью напряжения положительной полярности подаваемого на сток первого полевого транзистора, а другой - второй в качестве полупроводникового прибора, управляемого напряжением U служит для получения генерации на частоте f. Полная емкость второго полевого транзистора с затвором в виде барьера Шотки зависит от двух напряжений - на стоке и затворе в виде барьера Шотки второго полевого транзистора, в отличие от варакторного диода, емкость которого, как было сказано выше, зависит только от одного напряжения.The microwave generator contains two field-effect transistors with a gate in the form of a Schottky barrier made of a semiconductor material - gallium arsenide, connected according to the scheme with a common source, and one of them - the first - is used to obtain generation at a frequency f and a given output power realized using voltage of positive polarity supplied to the drain of the first field-effect transistor, and the other as the second as a semiconductor device controlled by voltage U serves to obtain generation at a frequency f. The total capacitance of a second field-effect transistor with a gate in the form of a Schottky barrier depends on two voltages - on the drain and gate in the form of a Schottky barrier of a second field-effect transistor, in contrast to a varactor diode, the capacitance of which, as mentioned above, depends on only one voltage.
Наличие в предлагаемой конструкции генератора СВЧ пленочных резисторов с сопротивлениями R1 и R2 и предложенное иное соединение элементов конструкции в сочетании с более сложной, чем у варакторного диода функциональной зависимости от напряжений полных емкостей первого и второго полевых транзисторов, позволяет задать такие значения этих напряжений U и 0,8 U соответственно, при которых диапазон перестройки частоты генератора увеличивается в 1,5 раза и более.The presence in the proposed design of the generator of microwave microwave film resistors with resistances R 1 and R 2 and the proposed other connection of structural elements in combination with a more complex functional dependence on the voltages of the full capacitances of the first and second field-effect transistors than the varactor diode allows you to set these values of these voltages U and 0.8 U, respectively, in which the frequency tuning range of the generator increases by 1.5 times or more.
При подаче управляющего напряжения U отрицательной полярности на затвор в виде барьера Шотки второго полевого транзистора, которое изменяют в пределах от 0 до Uo и соответственно при управляющем напряжении отрицательной полярности на первом полевом транзисторе 0,8 U, изменяющимся в пределах от 0 до 0,8 Uo, вольтфарадные характеристики полных емкостей первого и второго полевых транзисторов изменяются от величины вышеназванных управляющих напряжений так, что диапазон перестройки частоты генератора СВЧ увеличивается более чем в 1,5 раза.When applying the control voltage U of negative polarity to the gate in the form of a Schottky barrier of the second field-effect transistor, which is changed in the range from 0 to U o and, accordingly, when the control voltage of negative polarity on the first field-effect transistor is 0.8 U, varying in the range from 0 to 0, 8 U o , the capacitance-voltage characteristics of the total capacitances of the first and second field-effect transistors vary from the magnitude of the above control voltages so that the frequency tuning range of the microwave generator increases by more than 1.5 times.
Изменение управляющего напряжения U отрицательной полярности более Uo приводит к отсечке тока второго полевого транзистора.Changing the control voltage U of negative polarity more than U o leads to the current cutoff of the second field effect transistor.
Изменение управляющего напряжения отрицательной полярности на первом полевом транзисторе ограничивается величиной 0,8 Uo, поскольку при меньшем предельном значении не достигается требуемый интервал изменения полной емкости первого полевого транзистора, а при большем предельном значении наступает отсечка тока на нем. Соответственно сопротивления R1 и R2 пленочных резисторов берут такими, чтобы обеспечить предельное значение управляющего напряжения отрицательной полярности на первом полевом транзисторе, равным 0,8 Uo.The change in the control voltage of negative polarity at the first field-effect transistor is limited to 0.8 U o , since with a lower limit value the required interval for changing the total capacitance of the first field-effect transistor is not achieved, and with a larger limit value, current cutoff occurs on it. Accordingly, the resistances R 1 and R 2 of the film resistors are taken so as to provide a limit value of the control voltage of negative polarity at the first field effect transistor equal to 0.8 U o .
Изобретение поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:
на фиг.1 изображен один из вариантов генератора СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты, гдеfigure 1 shows one of the options for a microwave generator on a transistor with electrical frequency tuning, where
- активный прибор - полевой транзистор - 1 с- active device - field effect transistor - 1 s
затвором в виде барьера Шотки - 2, сshutter in the form of a Schottky barrier - 2, s
общим истоком - 3,common source - 3,
стоком - 4,runoff - 4,
- колебательная система - 5, представляющая собой- oscillatory system - 5, which is a
разделительную емкость - 11 иseparation capacity - 11 and
индуктивность - 12,inductance - 12,
- полупроводниковый прибор, управляемый напряжением U -- voltage controlled semiconductor device U -
второй полевой транзистор - 6 сsecond field effect transistor - 6 s
затвором в виде барьера Шотки - 9, соединенный по схеме сshutter in the form of a Schottky barrier - 9, connected according to the scheme with
общим истоком - 3, иcommon source - 3, and
стоком - 10,runoff - 10,
- пленочные резисторы - 7, 8 с сопротивлением R1 и R2 соответственно.- film resistors - 7, 8 with a resistance of R 1 and R 2, respectively.
На фиг.2 приведены зависимости частоты генератора f от управляющего напряжения U.Figure 2 shows the dependence of the frequency of the generator f on the control voltage U.
Пример 1.Example 1
В качестве примера рассмотрен вариант генератора СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты в монолитном интегральном исполнении.As an example, a variant of a microwave generator on a transistor with electrical frequency tuning in a monolithic integral design is considered.
Генератор СВЧ выполнен на подложке из полупроводникового материала - арсенида галлия толщиной, равной 0,1 мм. На полупроводниковой подложке с помощью операций электронно-лучевой литографии выполняют топологию генератора СВЧ.The microwave generator is made on a substrate of a semiconductor material - gallium arsenide with a thickness of 0.1 mm. On the semiconductor substrate using the operations of electron beam lithography perform the topology of the microwave generator.
При этом затвор в виде барьера Шотки 2 первого полевого транзистора 1 соединен по схеме с общим истоком 3 и с колебательной системой 5 в виде разделительной емкости 11 величиной, равной 20 пФ, которая соединена с индуктивностью 12 величиной, равной 1 нГн. Индуктивность 12 колебательной системы 5 соединена со стоком 10 второго полевого транзистора 6, пленочный резистор 7 с сопротивлением R1, равным 200 Ом, одним концом соединен с затвором в виде барьера Шотки 2 первого полевого транзистора 1, а другим концом - с общим истоком 3, пленочный резистор 8 с сопротивлением R2, равным 800 Ом, одним концом соединен с затвором в виде барьера Шотки 2 первого полевого транзистора 1, а другим концом - с затвором в виде барьера Шотки 9 второго полевого транзистора 6.In this case, the gate in the form of a
Примеры 2-3.Examples 2-3.
Аналогично примеру 1 был выполнен генератор СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты в монолитном интегральном исполнении, но при сопротивлениях пленочных резисторов R1 и R2, равных 160 Ом и 640 Ом соответственно (пример 1), 240 Ом и 960 Ом соответственно (пример 2).Analogously to example 1, a microwave generator was made on a transistor with electrical frequency tuning in a monolithic integral design, but with the film resistors R 1 and R 2 equal to 160 Ohms and 640 Ohms, respectively (example 1), 240 Ohms and 960 Ohms, respectively (example 2 )
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
На сток 4 первого полевого транзистора 1 с затвором в виде барьера Шотки 2 подают напряжение положительной полярности +6 В. На затвор в виде барьера Шотки 9 второго полевого транзистора 6 подают управляющее напряжение отрицательной полярности U, которое изменяют в пределах от 0 до отрицательного напряжения отсечки, равного - 2,5 В. Сопротивление пленочных резисторов R1 и R2 для вышеуказанного отрицательного напряжения отсечки равны 200 и 800 Ом соответственно. При этом на затвор в виде барьера Шотки 9 второго полевого транзистора соответственно будет подаваться управляющее напряжение отрицательной полярности, изменяющееся в пределах от 0 до - 2,0 В.A voltage of positive polarity +6 V is applied to drain 4 of the first field-
Как видно из фиг.2, частота f генератора СВЧ изменяется от 10 ГГц до 16 ГГц, что иллюстрируют кривые 1, 2, 3 соответственно примерам 1, 2, 3.As can be seen from figure 2, the frequency f of the microwave generator varies from 10 GHz to 16 GHz, which is illustrated by
Таким образом, предлагаемая конструкция генератора СВЧ по сравнению с прототипом позволит:Thus, the proposed design of the microwave generator in comparison with the prototype will allow:
- во-первых, значительно расширить диапазон перестройки частоты, более чем в 1,5 раза,- firstly, significantly expand the frequency tuning range, more than 1.5 times,
- во-вторых, реализовать возможность выполнения генератора СВЧ как в гибридном, так и монолитном интегральном исполнении, поскольку она содержит два полевых транзистора с затвором в виде барьера Шотки, которые могут быть выполнены в едином технологическом цикле на одной полупроводниковой подложке.- secondly, to realize the possibility of performing a microwave generator in both hybrid and monolithic integral design, since it contains two field-effect transistors with a gate in the form of a Schottky barrier, which can be performed in a single technological cycle on one semiconductor substrate.
Источник информацииThe source of information
1. Твердотельные устройства СВЧ в технике связи. Л.Г.Гассанов, А.А.Липатов, В.В.Марков. - М.: Радио и связь, 1988 г.1. Solid-state microwave devices in communication technology. L.G. Gassanov, A.A. Lipatov, V.V. Markov. - M .: Radio and communications, 1988.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005125699/09A RU2298280C1 (en) | 2005-08-12 | 2005-08-12 | Transistorized microwave oscillator with electrical frequency retuning |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005125699/09A RU2298280C1 (en) | 2005-08-12 | 2005-08-12 | Transistorized microwave oscillator with electrical frequency retuning |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2298280C1 true RU2298280C1 (en) | 2007-04-27 |
Family
ID=38107050
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005125699/09A RU2298280C1 (en) | 2005-08-12 | 2005-08-12 | Transistorized microwave oscillator with electrical frequency retuning |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2298280C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2485527C1 (en) * | 2012-01-10 | 2013-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Device to measure full resistance of microwave-based dipole |
RU2582559C1 (en) * | 2015-03-17 | 2016-04-27 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина" | Microwave generator |
-
2005
- 2005-08-12 RU RU2005125699/09A patent/RU2298280C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГАССАНОВ Л.Г и др. Твердотельные устройства СВЧ в технике связи. - М.: Радио и связь, 1988, с.56. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2485527C1 (en) * | 2012-01-10 | 2013-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Device to measure full resistance of microwave-based dipole |
RU2582559C1 (en) * | 2015-03-17 | 2016-04-27 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина" | Microwave generator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100491280B1 (en) | Multi-terminal mos varactor | |
US9236872B2 (en) | Voltage-controlled oscillator, signal generation apparatus, and electronic device | |
US20070247237A1 (en) | Technique for reducing capacitance of a switched capacitor array | |
BRPI9811639B1 (en) | fixtures, voltage controlled oscillator, and process for manufacturing a fixture | |
JP2007522712A (en) | Non-quasi-static phase-locked loop divider circuit | |
KR20050057530A (en) | Integrated, digitally-controlled crystal oscillator | |
US20180159471A1 (en) | Digitally controlled varactor structure for high resolution dco | |
US6927643B2 (en) | Oscillator topology for very low phase noise operation | |
EP2961062A2 (en) | Apparatus and methods for switch-coupled oscillators | |
US20090072919A1 (en) | Voltage-controlled oscillator with wide oscillation frequency range and linear characteristics | |
US20080315964A1 (en) | Voltage controlled oscillator using tunable active inductor | |
RU2298280C1 (en) | Transistorized microwave oscillator with electrical frequency retuning | |
JP2006279524A (en) | Variable capacity circuit and control method for the same | |
TWI485975B (en) | Apparatus for digitally controlling capacitance | |
JP2003318417A (en) | Mos-type variable capacitance and semiconductor integrated circuit | |
US7944318B2 (en) | Voltage controlled oscillator, and PLL circuit and radio communication device each including the same | |
RU2277293C1 (en) | Microwave oscillator built around transistor | |
TW201608639A (en) | Integrated MOS varicap, and voltage controlled oscillator and filter which have same | |
RU2517429C1 (en) | Voltage-controlled generator | |
US8493155B2 (en) | Multiband voltage controlled oscillator without switched capacitor | |
Ulansky et al. | Negative differential resistance based voltage-controlled oscillator for VHF band | |
JP2008118550A (en) | Voltage controlled oscillator | |
KR101834245B1 (en) | Quad-band CMOS LC VCO Circuit with Low Phase Noise feature | |
RU2604520C1 (en) | Microwave generator | |
KR101146224B1 (en) | Mos varactor and voltage controlled oscillator comprising the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160225 |