RU2787847C1 - Монолитный транзисторный генератор СВЧ - Google Patents
Монолитный транзисторный генератор СВЧ Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787847C1 RU2787847C1 RU2022111995A RU2022111995A RU2787847C1 RU 2787847 C1 RU2787847 C1 RU 2787847C1 RU 2022111995 A RU2022111995 A RU 2022111995A RU 2022111995 A RU2022111995 A RU 2022111995A RU 2787847 C1 RU2787847 C1 RU 2787847C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microwave
- transistor
- transmission line
- field
- microwave transmission
- Prior art date
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 27
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000000087 stabilizing Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003071 parasitic Effects 0.000 description 5
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к технике СВЧ в области генерирования СВЧ колебаний, а именно к транзисторным генераторам миллиметрового диапазона длин волн, применяемым в приемопередающих устройствах СВЧ, радиолокационных датчиках, аппаратуре связи, медицинских приборах. Техническим результатом изобретения является снижение фазовых шумов и повышение устойчивости к внеполосной паразитной генерации. Монолитный транзисторный генератор СВЧ содержит размещенный на поверхности диэлектрической подложки полевой транзистор и соединенный с затвором транзистора СВЧ стабилизирующий резонатор. Исток полевого транзистора заземлен через отрезок СВЧ линии передачи с помощью сквозного металлизированного отверстия в подложке. Электрическая длина заземляющего отрезка СВЧ линии передачи, подключенного к истоку транзистора, составляет половину рабочей длины волны. Затвор полевого транзистора соединен с СВЧ стабилизирующим резонатором отрезком СВЧ линии передачи электрической длины, равной четверти рабочей длины волны. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к технике СВЧ в области генерирования СВЧ колебаний, а именно к транзисторным генераторам миллиметрового диапазона длин волн, применяемым в приемопередающих устройствах СВЧ, радиолокационных датчиках, аппаратуре связи, медицинских приборах. Монолитное исполнение таких устройств относится к перспективным групповым технологиям и позволяет обеспечить в одном технологическом цикле изготовления сотен изделий, существенно снижая стоимость образца.
Известны монолитные транзисторные генераторы миллиметрового диапазона длин волн (см. Гассанов И.Т. и др. Твердотельные устройства СВЧ в технике связи. - М. Радио и связь, 1989, с. 56). Эквивалентные электрические схемы таких генераторов предусматривают включение транзистора по схеме с общим истоком, причем вывод истока заземляется. При таком включении транзистора ожидается максимальное усиление схемы.
Однако может наблюдаться неполная реализация возможностей транзистора и, следовательно, значительные трудности в продвижении вверх рабочих частот генерирующего устройства. Эта проблема может быть обусловлена следующим. При создании современной электронной техники СВЧ важной задачей является получение максимально возможной плотности упаковки элементов СВЧ устройства при улучшении других технико-экономических характеристик. Одним из возможных решений указанной задачи является использование обеих сторон исходной подложки: металлизация обратной стороны, размещение на ней монтажных (контактных) площадок и т.п. При этом реализация соединения с корпусом (металлизацией на обратной стороне подложки) выводов электродов транзистора может осуществляться через металлизированные отверстия в подложке, на которой размещен транзистор. В монолитных схемах широко применяется заземление активных элементов через металлизированные сквозные отверстия непосредственно вблизи активного элемента (см., например, пат. РФ №2556271, пат. РФ №2442241).
Однако необходимо отметить, что в диапазоне частот 60-450 ГГц металлизированные сквозные отверстия в подложке вносят в цепь истока транзистора индуктивный импеданс около 10…25 Ом. Индуктивный импеданс в цепи истока приводит к появлению отрицательной обратной связи. Как следствие этого снижается реализуемое усиление транзистора, падает нагруженная добротность стабилизирующего резонатора, возрастают вносимые фазовые шумы.
Наиболее близким к предлагаемому является монолитный СВЧ генератор, схема которого представлена в IEEE Transaction on МТТ, 1998, v. 46, №10, part II, p.1672-1576.
Известный генератор содержит размещенные на подложке полевой транзистор, вывод истока которого заземлен через отрезок СВЧ линии передачи, а также цепи, согласующие импеданс транзистора с нагрузкой на выходе, и стабилизирующий полосковый резонатор. Заземляющий отрезок СВЧ линии передачи соединен одним концом с выводом истока транзистора, а другим - с каким-либо монтажным элементом, обеспечивающим заземление на корпус. Если заземление осуществляется с помощью сквозного металлизированного отверстия в подложке, то все перечисленные выше проблемы характерны и для известного устройства.
Техническим эффектом, на достижение которого направлено предлагаемое решение, является устранение указанных недостатков, а именно снижение фазовых шумов, повышение устойчивости к внеполосной паразитной генерации, что дает предпосылки продвижения вверх рабочих частот генератора.
Этот эффект достигается тем, что в монолитном транзисторном генераторе СВЧ, содержащем размещенные на поверхности диэлектрической подложки полевой транзистор, исток которого заземлен через отрезок СВЧ линии передачи, а также соединенный с затвором транзистора СВЧ стабилизирующий резонатор, согласно изобретению исток транзистора заземлен с помощью сквозного металлизированного отверстия в подложке, электрическая длина заземляющего отрезка СВЧ линии передачи, подключенного к истоку транзистора, составляет половину рабочей длины волны, а затвор транзистора соединен с СВЧ стабилизирующим резонатором отрезком СВЧ линии передачи электрической длины, равной четверти рабочей длины волны.
С целью исключения паразитных резонансов СВЧ стабилизирующий резонатор выполнен из двух отрезков СВЧ линии передачи электрической длины, равной нечетному числу четвертей рабочей длины волны, первые концы которых подключены к соединенному с затвором отрезку СВЧ линии передачи, а вторые соединены между собой.
Схематично представленный на рисунке предлагаемый генератор содержит размещенный на подложке полевой транзистор (1), затвор (3), сток (С) которого соединены соответственно со второй (2) и третьей (3) проводящими поверхностями (площадками), а исток (И) - с четвертой (4) и пятой (5) площадками, также размещенными на поверхности подложки (например, арсенид-галлиевой).
К затворной контактной площадке (2) через отрезок СВЧ линии передачи (6) четвертьволновой электрической длины подключен резонатор (7), состоящий из двух параллельно включенных отрезков СВЧ линии передачи электрической длины, равной нечетному числу четвертей рабочей длины волны. Выходные концы параллельно включенных отрезков СВЧ линии передачи соединены между собой.
Каждый из выводов истока транзистора заземлен (соединен с корпусом) отрезком СВЧ линии передачи (8) полуволновой электрической длины через металлизированные сквозные отверстия (9) в подложке (упомянутые отрезки выполняются с учетом реактивных параметров заземляющего отверстии).
В процессе работы генератора тепловой шум с затворного электрода излучается в отрезок СВЧ линии передачи (6), через него попадает на вход СВЧ резонатора (7) и отражается от него. СВЧ резонатор имеет на частоте резонанса импеданс много меньше, чем волновое сопротивление отрезка СВЧ линии передачи (6), поэтому фаза коэффициента отражения от него равна 180°.
Поскольку набег фазы при распространении теплового шума через отрезок СВЧ линии передачи (6) в одном направлении составляет 90°, то полный набег фазы теплового шума при распространении от затвора транзистора СВЧ резонатора и обратно будет составлять 360°, т.е. отраженный тепловой шум будет складываться в фазе с тепловым шумом на затворе транзистора.
Суммарный тепловой шум на затворе усиливается транзистором, часть его через внутреннюю положительную обратную связь поступает на вход транзистора и процесс повторяется, пока мощность усиленного шумового сигнала на выходе транзистора не достигнет уровня мощности насыщения транзистора. В результате обеспечивается возможность наиболее полной реализации возможностей транзистора и его работоспособности на более высоких частотах.
Подключение СВЧ резонатора как оконечной нагрузки к отрезку СВЧ линии передачи (6) не приводит к появлению паразитной внеполосной генерации, поскольку заземление истока через полуволновой отрезок СВЧ линии передачи (8) приводит к значительному снижению усиления транзистора при отстройке от частоты резонанса СВЧ резонатора. Подключение истока к корпусу (заземление) через полуволновой отрезок СВЧ линии передачи позволяет исключить негативное влияние отрицательной обратной связи.
Выполнение СВЧ резонатора в виде отрезка СВЧ линии передачи (например, микрополосковой) связано с необходимостью увеличения его ширины (с целью увеличения добротности), что может привести к появлению паразитного резонанса на колебании в поперечном направлении. Предлагаемое выполнение СВЧ резонатора в виде параллельно включенных отрезков СВЧ линий передачи позволяет увеличить добротность последнего при исключении паразитных резонансов.
При практической реализации предлагаемого генератора с использованием арсенид-галлиевой подложки и транзистора DpHEMT получены следующие параметры:
- рабочая частота | 99 ГГц; |
- выходная мощность | 11,5 мВт; |
- нестабильность частоты генерации | 0,04% |
- уровень фазовых шумов при отстройке от | |
несущей частоты на 100 кГц | 80 дБ |
Таким образом, заявленный генератор обладает повышенной устойчивостью к внеполосной паразитной генерации и сниженными фазовыми шумами благодаря улучшенным спектральным характеристикам, следовательно достигается возможность продвижения вверх частотного диапазона устройства.
Claims (2)
1. Монолитный транзисторный генератор СВЧ, содержащий размещенный на поверхности диэлектрической подложки полевой транзистор, исток которого заземлен через отрезок СВЧ линии передачи, а также соединенный с затвором транзистора СВЧ стабилизирующий резонатор, отличающийся тем, что исток транзистора заземлен с помощью сквозного металлизированного отверстия в подложке, электрическая длина заземляющего отрезка СВЧ линии передачи, подключенного к истоку транзистора, составляет половину рабочей длины волны, а затвор транзистора соединен с СВЧ стабилизирующим резонатором отрезком СВЧ линии передачи электрической длины, равной четверти рабочей длины волны.
2. Монолитный транзисторный генератор СВЧ по п. 1, отличающийся тем, что СВЧ стабилизирующий резонатор выполнен из двух отрезков СВЧ линии передачи электрической длины, равный нечетному числу четвертей рабочей длины волны, первые концы которых подключены к соединенному с затвором отрезку СВЧ линии передачи, а вторые концы соединены между собой.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2787847C1 true RU2787847C1 (ru) | 2023-01-13 |
Family
ID=
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5789309A (en) * | 1980-11-22 | 1982-06-03 | Nec Corp | Microwave band oscillator for control of double coupling type dielectric resonator |
JPS5923605A (ja) * | 1982-07-30 | 1984-02-07 | Hitachi Ltd | トランジスタ発振器 |
US4484156A (en) * | 1981-03-18 | 1984-11-20 | Centre National De La Recherche Scientifique/(C.N.R.S.) | Transistor microwave oscillators |
US4673958A (en) * | 1985-01-31 | 1987-06-16 | Texas Instruments Incorporated | Monolithic microwave diodes |
RU2161367C1 (ru) * | 1999-12-15 | 2000-12-27 | Государственное научно-производственное предприятие "Исток" | Малошумящий свч-генератор |
RU2239938C1 (ru) * | 2003-03-13 | 2004-11-10 | Кревский Михаил Анатольевич | Транзисторный генератор свч |
RU2442241C1 (ru) * | 2010-08-25 | 2012-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Электронный прибор свч |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5789309A (en) * | 1980-11-22 | 1982-06-03 | Nec Corp | Microwave band oscillator for control of double coupling type dielectric resonator |
US4484156A (en) * | 1981-03-18 | 1984-11-20 | Centre National De La Recherche Scientifique/(C.N.R.S.) | Transistor microwave oscillators |
JPS5923605A (ja) * | 1982-07-30 | 1984-02-07 | Hitachi Ltd | トランジスタ発振器 |
US4673958A (en) * | 1985-01-31 | 1987-06-16 | Texas Instruments Incorporated | Monolithic microwave diodes |
RU2161367C1 (ru) * | 1999-12-15 | 2000-12-27 | Государственное научно-производственное предприятие "Исток" | Малошумящий свч-генератор |
RU2239938C1 (ru) * | 2003-03-13 | 2004-11-10 | Кревский Михаил Анатольевич | Транзисторный генератор свч |
RU2442241C1 (ru) * | 2010-08-25 | 2012-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Электронный прибор свч |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
БЕЛКИН М.Е., ЛОПАРЕВ А.В. Проектирование монолитной интегральной схемы перестраиваемого транзисторного СВЧ генератора // Материалы VII Международной научно-технической конференции, 7-11 декабря 2009 г. INTERMATIC - 2009, часть 2. С.198-201. SEVIMLI O., ARCHER J.W., GRIFFITHS G.J. GaAs HEMT Monolithic Voltage-Controlled Oscillators at 20 and 30 GHz Incorporating Schottky-Varactor Frequency Tuning // IEEE TRANSACTION ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES. October 1998. V.46. No.10. C.1572-1576. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Schneider et al. | Microwave and millimeter wave hybrid integrated circuits for radio systems | |
US9203361B2 (en) | Harmonic control apparatus and related radio frequency devices and base stations | |
RU2137264C1 (ru) | Устройство деления и суммирования радиочастотной мощности | |
EP3782281B1 (en) | Radio frequency power amplifier with harmonic control circuit as well as method for manufacturing the same | |
JP3278348B2 (ja) | マイクロ波半導体装置 | |
CN111010093A (zh) | 一种集成Doherty放大器及其合路器 | |
CN110875722B (zh) | 高频放大器 | |
RU2787847C1 (ru) | Монолитный транзисторный генератор СВЧ | |
JP7207522B2 (ja) | 電力増幅器 | |
US3320550A (en) | Waveguide wall-current tunnel diode amplifier and oscillator | |
CN105322892A (zh) | 一种基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器 | |
JPH11150431A (ja) | マイクロ波増幅器用バイアス回路 | |
Diatta et al. | Full mode substrate integrated waveguide type high power amplifier with second harmonic suppression | |
US6762650B2 (en) | High-frequency oscillation circuit, high-frequency module, and communication apparatus | |
US2951207A (en) | Parametric amplifier | |
US3821655A (en) | High frequency amplifier | |
US4009446A (en) | Dual diode microwave amplifier | |
CN112787605A (zh) | 一种基于一体化内匹配电路的功率器件及其加工方法 | |
US4267520A (en) | Hybrid component for very high frequency amplification | |
JPH04298105A (ja) | 半導体増幅器 | |
US3609571A (en) | Sideband suppression for broadband parametric amplifier | |
JPH0585101U (ja) | マイクロ波半導体装置用バイアス回路 | |
US11621680B2 (en) | Power amplifier | |
CN114824702B (zh) | 一种小型化超宽带超宽阻带平面带通滤波器 | |
JP7213203B2 (ja) | インピーダンス変換回路、電力増幅器、無線送信装置、基地局、端末装置、移動通信システム、及び、インピーダンス変換回路の作製方法 |