МОЩНЫЙ СВЧ-ТРАНЗИСТОР Российский патент 2004 года по МПК H01L29/73 

Изобретение относится к конструированию и производству особо мощных СВЧ-транзисторов, использующихся при создании источников СВЧ-мощности в передающих устройствах (в системах связи, радиолокации, опознавания) оборудования для дефектоскопии, СВЧ-нагрева в бытовых, промышленных и медицинских целях.

Известен мощный СВЧ-транзистор с элементами внутреннего согласования в выходной цепи [1]. Недостатком такой конструкции транзистора является то, что при попытке увеличения выходной мощности путем увеличения включаемых параллельно транзисторных структур в транзисторе такой конструкции возникает электрическая неустойчивость, связанная с возникновением поперечных электромагнитных колебаний.

Известен мощный СВЧ-транзистор, в котором выходная мощность может быть повышена вдвое. Это фактически двойной транзистор, электрическая устойчивость которого достигается внешней схемой мостового сложения мощности. Как правило [2] две половины такого транзистора используются в режиме противофазного возбуждения. Однако в этом случае проблема с электрической неустойчивостью возникает в каждой половине транзистора при попытке дальнейшего повышения выходной мощности.

Известна [3] конструкция транзистора, показанная на фиг.1, являющаяся прототипом предлагаемого изобретения. В ней предусмотрены некоторые элементы, подавляющие поперечные электромагнитные колебания. В этом транзисторе внутренний коллекторный электрод 1 разделен на две секции 1а. Транзисторные кристаллы 2 расположены поровну в каждой секции внутреннего электрода. С помощью индуктивных элементов 3 выходной согласующей цепи каждая секция 1а соединена с электродом 5 выходного согласующего конденсатора 4, смонтированного другим электродом на металлическом основании 6, соединенном с общим электродом транзистора. С помощью проводников 7 электрод 5 конденсатора соединен с внешним коллекторным электродом 8, к которому присоединен коллекторный вывод 9. Вблизи места разделения внутреннего электрода на каждой его секции 1а смонтированы резисторы 10, объединенные проводниками 11. Таким образом внутренний коллекторный электрод оказывается электрически объединенным в одну цепь с последовательно включенными в его середине резисторами. Существуют условия оптимизации при выборе номинала резисторов для определенной конструкции транзистора и диапазона его рабочих частот. Однако, при необходимости существенного повышения величины выходной мощности транзистора, т.е. при увеличении количества включаемых параллельно транзисторных структур, транзистор, выполненный в конструкции описанного прототипа, становится все же электрически неустойчивым по отношению к возникновению поперечных электромагнитных колебаний, поскольку поперечная электрическая неустойчивость может развиваться внутри каждой секции. Простое разделение внутреннего коллекторного электрода на большее количество секций оказывается недостаточно эффективным.

Целью изобретения является создание конструкции мощного СВЧ-транзистора, позволяющей сохранить его высокую устойчивость к поперечным электромагнитным колебаниям при существенном повышении величины его выходной мощности путем увеличения количества включенных параллельно транзисторных структур.

Для решения поставленной задачи предлагается мощный СВЧ-транзистор, включающий в себя корпус с внутренним, разделенным на секции коллекторным электродом, с резисторами, смонтированными на нем и включенными последовательно между соседними секциями внутреннего электрода, с внешним коллекторным электродом и коллекторным выводом, присоединенным к нему, транзисторные кристаллы, смонтированные по крайней мере по одному в каждой секции внутреннего коллекторного электрода, согласующий конденсатор, смонтированный одним из электродов между внутренним и внешним электродами транзистора на металлическом основании, соединенном с общим электродом транзистора, отличающийся тем, что другой электрод конденсатора, внешний электрод и присоединенный к нему вывод соосно разделены по крайней мере на две секции, между соседними секциями электрода конденсатора смонтированы и включены к ним последовательно резисторы.

В том числе предлагается транзистор изложенной конструкции, отличающийся тем, что вывод разделен в виде прорезей длиной не менее 1 мм каждая, считая от края внешнего электрода транзистора. Минимальная длина области разделения коллекторного вывода диктуется необходимостью ограничить уменьшение индуктивности цепи, шунтирующей внутренние цепи с потерями. Верхней границы области частичного разделения вывода не устанавливается, т.к. возможно и полное разделение вывода. Однако при большом количестве отдельных полностью разделенных секций вывода его будет неудобно монтировать на металлизацию внешней согласующей платы.

Предложенная конструкция реализована при разработке мощного СВЧ-транзистора. Схематически его конструкция изображена на фиг.2.

В транзисторе внутренний коллекторный электрод 1 разделен на четыре секции 1а. На каждой секции смонтировано по два транзисторных кристалла 2. Индуктивные элементы 3 присоединены к секциям 5а электрода 5 согласующего конденсатора 4, которые, в свою очередь, с помощью проводников 7 соединены с соответствующими секциями 8а внешнего коллекторного электрода 8. К этим секциям присоединены соответствующие секции 9а вывода 9. Вблизи места разделения внутреннего электрода на секции 1а смонтированы резисторы 10, включенные последовательно между соседними секциями 1а с помощью проводников 11. Электрод 5 конденсатора 4 также разделен на четыре секции 5а. Конструктивно конденсатор 4 состоит из четырех МОП конденсаторов 4а, включенных параллельно и расположенных встык друг к другу. Каждая секция 5а расположена на диэлектрической поверхности конденсатора 4. На той же поверхности сформированы тонкопленочные нихромовые резисторы 12, контактирующие одним концом к смежному краю секции 5а, а другим концом - к контактной площадке 13. Проводники 14 через контактные площадки 13 соединяют последовательно смежные резисторы. Таким образом, четыре секции 5а электрода конденсатора 4 оказываются объединенными через последовательно включенные резисторы 12 во всех трех областях разделения электрода 5 конденсатора 4 на секции 5а.

В данном примере области разделения всех четырех видов соосны, включая и области разделения внутреннего электрода, хотя соосность с последними необязательна. В приведенном примере коллекторный вывод посередине разделен полностью для удобства монтажа, а две крайние области его разделения - частичные и выполнены в виде прорезей шириной 0,5 мм и длиной (вдоль вывода) 1 мм.

Созданный транзистор на частоте 1,5 ГГц в радиоимпульсном режиме с t_имп=30 мкс и Q=50 отдает в нагрузку 350 Вт при усилении выше 6 дБ и коэффициенте полезного действия коллекторной цепи выше 40%. Этот транзистор полностью свободен от паразитных поперечных электромагнитных колебаний.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышенное противодействие возникновению паразитных поперечных электромагнитных колебаний в предлагаемой конструкции мощных СВЧ-транзисторов, что позволяет создавать более мощные СВЧ-транзисторы, свободные от неустойчивости к таким колебаниям, без использования внешнего ресурса, каковым является мостовое сложение мощности.

В то же время дополнительно используемое мостовое сложение позволяет выйти на более высокий уровень выходной мощности в источниках СВЧ-мощности.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что в конструкцию мощного СВЧ-транзистора введены дополнительно активные потери для тока поперечной электромагнитной волны, создаваемые в электроде выходного согласующего конденсатора, и для повышения эффективности этих потерь увеличено индуктивное сопротивление цепочки, практически не содержащей потерь и шунтирующей цепь электрода конденсатора с потерями.

Технический результат изобретения реализуется лишь при совокупном использовании его отличительных признаков.

Неочевидность изобретения можно проиллюстрировать тем, что, например, разделение внешнего электрода и коллекторного вывода на участке транзистора, не содержащем потерь во внутренних цепях объединения выводов транзисторных структур, может вызвать неустойчивость транзистора к поперечным электромагнитным колебаниям, а не способствовать ее подавлению.

Источники информации

1. Родионов А.В. и др. Технический отчет по НИР ″Практика″, регистр. № 33-490 от 16.06.1987 г.

2. J.J. Jonson and D.S. Wisherd ″Solid State Power for L-Band Radar″ Microwave Journal. August 1980, p.p. 51-54.

3. Диковский В.И., Евстигнеев А.С. Патент РФ № 1153767 от 01.07.1981 г. Мощный биполярный генераторный СВЧ-транзистор.

Изобретение относится к конструированию и производству мощных СВЧ-транзисторов. Предложен мощный СВЧ-транзистор, включающий в себя корпус с внутренним коллекторным электродом, разделенным на секции, с резисторами, смонтированными на нем и включенными последовательно между соседними секциями внутреннего коллекторного электрода, с внешним коллекторным электродом и коллекторным выводом, присоединенным к нему. Также содержит транзисторные кристаллы, смонтированные, по крайней мере, по одному в каждой секции внутреннего коллекторного электрода, согласующий конденсатор, смонтированный одним из электродов между внутренним и внешним коллекторными электродами транзистора на металлическом основании, соединенном с общим электродом транзистора. При этом другой электрод конденсатора, внешний коллекторный электрод и присоединенный к нему коллекторный вывод соосно разделены, по крайней мере, на две секции, между соседними секциями электрода конденсатора смонтированы и включены к ним последовательно резисторы. Такая конструкция мощного СВЧ-транзистора позволяет сохранить его высокую устойчивость к поперечным электромагнитным колебаниям при повышении величины выходной мощности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Мощный СВЧ-транзистор, включающий в себя корпус с внутренним коллекторным электродом, разделенным на секции, с резисторами, смонтированными на нем и включенными последовательно между соседними секциями внутреннего коллекторного электрода, с внешним коллекторным электродом и коллекторным выводом, присоединенным к нему; транзисторные кристаллы, смонтированные по крайней мере по одному в каждой секции внутреннего коллекторного электрода; согласующий конденсатор, смонтированный одним из электродов между внутренним и внешним коллекторными электродами транзистора на металлическом основании, соединенном с общим электродом транзистора, отличающийся тем, что другой электрод конденсатора, внешний коллекторный электрод и присоединенный к нему коллекторный вывод соосно разделены по крайней мере на две секции, между соседними секциями электрода конденсатора смонтированы и включены к ним последовательно резисторы.2. Мощный СВЧ-транзистор по п.1, отличающийся тем, что коллекторный вывод разделен в виде прорезей длиной не менее 1 мм каждая, считая от края внешнего коллекторного электрода транзистора.