ГЕНЕРАТОР СВЧ НА ТРАНЗИСТОРЕ Российский патент 2006 года по МПК H03B7/14 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к генераторам СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты.

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 СВЧ изменяется от управляющего напряжения по линейному закону.

Известна конструкция генератора СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты, содержащая биполярный транзистор, 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].

Использование варакторного диода в качестве полупроводникового прибора, управляемого напряжением, основано на зависимости емкости варакторного диода от приложенного к нему напряжения.

Диапазон перестройки частоты такого генератора СВЧ может составлять 30...50%.

Основные недостатки этой конструкции:

- низкий верхний предел диапазона перестройки частоты генератора СВЧ, составляющий 6-8 ГГц, который определяется предельной частотой полупроводникового материала - кремния,

- невозможность достижения линейного закона перестройки частоты генератора СВЧ варакторным диодом, обусловленная его нелинейной вольтфарадной характеристикой, имеющей определенный (неуправляемый) закон изменения емкости, зависящий от одного напряжения,

- невозможность создания монолитной конструкции генератора СВЧ, поскольку биполярный транзистор и варакторный диод изготавливаются раздельно.

Известна конструкция генератора СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты - прототип, содержащая полевой транзистор с барьером Шотки, выполненный из полупроводникового материала - арсенида галлия, соединенные с ним колебательную систему и полупроводниковый прибор, управляемый напряжением, при этом полевой транзистор соединен по схеме активного прибора 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].

Использование в этой конструкции генератора СВЧ полевого транзистора с барьером Шотки из полупроводникового материала -арсенида галлия, который обладает более высокой подвижностью электронов по сравнению с полупроводниковым материалом - кремнием, из которого выполнен биполярный транзистор, позволило увеличить верхний предел диапазона перестройки частоты генератора СВЧ выше 100 ГГц.

Однако такие недостатки, как сложность в достижении линейного закона перестройки частоты генератора СВЧ от управляющего напряжения, обусловленная использованием варакторного диода с неуправляемой вольтфарадной характеристикой, и невозможность создания монолитной конструкции генератора СВЧ, поскольку полевой транзистор с барьером Шотки и варакторный диод изготавливаются раздельно, присущи и этой конструкции.

Техническим результатом изобретения является достижение линейного закона перестройки частоты от управляющего напряжения и увеличение верхнего предела диапазона перестройки частоты генератора СВЧ, и возможность реализации генератора СВЧ как в гибридном интегральном, так и монолитном интегральном исполнении.

Технический результат достигается тем, что в известной конструкции генератора СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты, содержащей полевой транзистор с барьером Шотки, выполненный из полупроводникового материала группы А^IIIВ^V, соединенные с ним колебательную систему и полупроводниковый прибор, управляемый напряжением, при этом полевой транзистор с барьером Шотки соединен по схеме активного прибора с общим истоком, один конец колебательной системы соединен с затвором полевого транзистора с барьером Шотки, а другой - с полупроводниковым прибором, управляемым напряжением, в качестве полупроводникового прибора, управляемого напряжением, используют второй полевой транзистор с барьером Шотки, выполненный из полупроводникового материала группы А^IIIВ^V, соединенный по схеме с общим истоком, при этом другой конец колебательной системы соединен со стоком второго полевого транзистора с барьером Шотки, на который подают постоянное напряжение положительной полярности, а на затвор второго полевого транзистора с барьером Шотки подают управляющее напряжение и постоянное напряжение отрицательной полярности величиной, равной (0,6-0,8)Uo, где Uo - напряжение отсечки второго полевого транзистора с барьером Шотки.

Генератор СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты может быть выполнен как в гибридном интегральном, так и в монолитном интегральном исполнении.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Генератор СВЧ с электрической перестройкой частоты содержит два полевых транзистора с барьером Шотки, выполненных из полупроводникового материала - арсенида галлия, при этом первый полевой транзистор с барьером Шотки, соединенный по схеме активного прибора с общим истоком, служит для получения генерации на частоте f, а второй полевой транзистор с барьером Шотки, соединенный также по схеме с общим истоком, служит в качестве полупроводникового прибора, управляемого напряжением. Емкость второго полевого транзистора с барьером Шотки зависит от двух напряжений - на стоке - постоянного напряжения положительной полярности и затворе - сумме постоянного напряжения отрицательной полярности и управляющего напряжения, в отличие от варакторного диода, емкость которого, как было сказано выше, зависит только от одного управляющего напряжения. Наличие более сложной, чем у варакторного диода, функциональной зависимости от напряжений емкости полевого транзистора с барьером Шотки позволяет определить оптимальное сочетание этих напряжений, при которых максимально обеспечивается линейный закон перестройки частоты генератора СВЧ от управляющего напряжения.

Теоретически и экспериментально показано, что при постоянном напряжении отрицательной полярности на затворе второго полевого транзистора с барьером Шотки, примерно равном (0,6-0,8)Uo, где Uo - напряжение отсечки второго транзистора с барьером Шотки, вольтфарадная характеристика его емкости близка к квадратичной функции от управляющего напряжения на затворе, поэтому частота f генератора СВЧ, изменяющаяся обратно пропорционально квадратному корню из емкости, при изменении управляющего напряжения будет изменяться по линейному закону.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен один из вариантов генератора СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты, где

- полевой транзистор с барьером Шотки, соединенный по схеме активного прибора - 1,

- второй полевой транзистор с барьером Шотки, управляемый напряжением - 2,

в котором

сток транзистора, на который подают постоянное напряжение положительной полярности - 3,

затвор транзистора, на который подают управляющее напряжение и постоянное напряжение отрицательной полярности - 4,

- колебательная система - 5, содержащая, например,

разделительную емкость - 6 и

индуктивность - 7.

На фиг.2 приведены зависимости частоты f генератора СВЧ от управляющего напряжения U.

Пример.

В качестве примера рассмотрен вариант генератора СВЧ на транзисторе в монолитном интегральном исполнении, управляемый напряжением (фиг.1). Генератор СВЧ выполнен на подложке из полупроводникового материала - арсенида галлия толщиной h=0,1 мм. При этом затвор полевого транзистора с барьером Шотки, соединенного по схеме активного прибора с общим истоком 1, соединен с индуктивностью 7, которая соединена с емкостью 6, а емкость 6 соединена со стоком 3 второго полевого транзистора с барьером Шотки, управляемого напряжением 2, соединенного также по схеме с общим истоком.

Устройство работает следующим образом.

На сток полевого транзистора с барьером Шотки, соединенного по схеме активного прибора с общим истоком 1, подают напряжение положительной полярности +6 В. На затвор полевого транзистора с барьером Шотки 1 подают напряжение отрицательной полярности -1,5 В. На сток 3 второго полевого транзистора с барьером Шотки 2 подают постоянное напряжение положительной полярности +3 В. На затвор 4 второго полевого транзистора с барьером Шотки 2 подают управляющее напряжение, изменяющееся от -0,5 В до +0,5 В, и постоянное напряжение отрицательной полярности -1,05 В, равное 0,7 Uo, где напряжение отсечки Uo второго полевого транзистора с барьером Шотки равно -1,5 В. При этом частота f генератора СВЧ изменяется от 10 до 10,5 ГГц по линейному закону от управляющего напряжения (фиг.2).

Таким образом, предлагаемая конструкция генератора СВЧ на транзисторе по сравнению с прототипом позволит:

- во-первых, получить линейную кривую перестройки частоты генератора СВЧ от управляющего напряжения,

- во-вторых, увеличить верхний предел диапазона перестройки частоты генератора СВЧ,

- в-третьих, реализовать конструкцию генератора СВЧ как в гибридном интегральном, так и в монолитном интегральном исполнении, поскольку она содержит два полевых транзистора с барьером Шотки, которые могут быть изготовлены в едином технологическом цикле на одной подложке из арсенида галлия.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Гассанов Л.Г., Липатов А.А., Марков В.В. "Твердотельные устройства СВЧ в технике связи", - М.: Радио и связь, 1988 г.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к генераторам СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты. Технический результат изобретения - достижение линейного закона перестройки частоты от управляющего напряжения и увеличение верхнего предела диапазона перестройки частоты генератора СВЧ. Генератор содержит полевой транзистор с барьером Шотки, выполненный из полупроводникового материала группы А^IIIВ^V, соединенную с ним колебательную систему и второй полевой транзистор с барьером Шотки, выполненный также из полупроводникового материала группы А^IIIВ^V, и соединенный по схеме с общим истоком, при этом другой конец колебательной системы соединен со стоком второго полевого транзистора. На сток второго полевого транзистора подают постоянное напряжение положительной полярности, а на затвор подают управляющее напряжение и постоянное напряжение отрицательной полярности величиной, равной (0,6-0,8)Uo, где Uo - напряжение отсечки второго полевого транзистора с баръером Шотки. Генератор СВЧ может быть выполнен как в гибридном интегральном, так и в монолитном интегральном исполнении. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Генератор СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты, содержащий полевой транзистор с барьером Шотки, выполненный из полупроводникового материала группы А^IIIВ^V, соединенные с ним колебательную систему и полупроводниковый прибор, управляемый напряжением, при этом полевой транзистор с барьером Шотки соединен по схеме активного прибора с общим истоком, один конец колебательной системы соединен с затвором полевого транзистора с барьером Шотки, а другой - с полупроводниковым прибором, управляемым напряжением, отличающийся тем, что в качестве полупроводникового прибора, управляемого напряжением, используют второй полевой транзистор с барьером Шотки, выполненный из полупроводникового материала группы А^IIIВ^V, соединенный по схеме с общим истоком, при этом другой конец колебательной системы соединен со стоком второго полевого транзистора с барьером Шотки, на который подают постоянное напряжение положительной полярности, а на затвор второго полевого транзистора с барьером Шотки подают управляющее напряжение и постоянное напряжение отрицательной полярности величиной равной (0,6-0,8) Uo, где Uo - напряжение отсечки второго полевого транзистора с барьером Шотки.2. Генератор СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты по п.1, отличающийся тем, что генератор выполнен в гибридном интегральном исполнении.3. Генератор СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты по п.1, отличающийся тем, что генератор выполнен в монолитном интегральном исполнении.