ГЕНЕРАТОР СВЧ НА ТРАНЗИСТОРЕ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕСТРОЙКОЙ ЧАСТОТЫ Российский патент 2007 года по МПК H03B7/14 

Описание патента на изобретение RU2298280C1

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 изменяется от управляющего напряжения в широком диапазоне частот.

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].

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 составляет до 30%.

Основные недостатки этого генератора СВЧ на транзисторе:

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

- невозможность достижения широкого диапазона перестройки частоты варакторным диодом, обусловленная его нелинейной вольтфарадной характеристикой, имеющей определенный (неуправляемый) закон изменения емкости, зависящий от одного напряжения.

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].

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.

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.

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.

Техническим результатом изобретения является увеличение диапазона перестройки частоты и возможность создания генератора СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты в монолитном исполнении.

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, где

Uo - отрицательное напряжение отсечки второго полевого транзистора.

Колебательная система представляет собой разделительную емкость и индуктивность.

Сопротивления R1 и R2 пленочных резисторов равны 80 /Uo/ и 320 /Uo/ соответственно.

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

Сущность изобретения заключается в следующем.

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.

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.

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.

Изменение управляющего напряжения U отрицательной полярности более Uo приводит к отсечке тока второго полевого транзистора.

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.

Изобретение поясняется чертежами:

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

- активный прибор - полевой транзистор - 1 с

затвором в виде барьера Шотки - 2, с

общим истоком - 3,

стоком - 4,

- колебательная система - 5, представляющая собой

разделительную емкость - 11 и

индуктивность - 12,

- полупроводниковый прибор, управляемый напряжением U -

второй полевой транзистор - 6 с

затвором в виде барьера Шотки - 9, соединенный по схеме с

общим истоком - 3, и

стоком - 10,

- пленочные резисторы - 7, 8 с сопротивлением R1 и R2 соответственно.

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

Пример 1.

В качестве примера рассмотрен вариант генератора СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты в монолитном интегральном исполнении.

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.

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.

Примеры 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).

Устройство работает следующим образом.

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.

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.

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

- во-первых, значительно расширить диапазон перестройки частоты, более чем в 1,5 раза,

- 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.

Источник информации

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

Похожие патенты RU2298280C1

название год авторы номер документа
ГЕНЕРАТОР СВЧ НА ТРАНЗИСТОРЕ 2004
  • Балыко Александр Карпович
  • Королев Александр Николаевич
  • Мальцев Валентин Алексеевич
  • Мякиньков Виталий Юрьевич
  • Мальцева Наталья Ивановна
RU2277293C1
ГЕНЕРАТОР СВЧ 2015
  • Балыко Александр Карпович
  • Мякиньков Виталий Юрьевич
  • Савельева Людмила Геннадьевна
  • Левашов Сергей Валерьевич
  • Сазонов Михаил Сергеевич
RU2604520C1
ГЕНЕРАТОР СВЧ 2007
  • Балыко Александр Карпович
  • Королев Александр Николаевич
  • Мальцев Валентин Алексеевич
  • Морозов Виктор Степанович
RU2357355C1
ГЕНЕРАТОР СВЧ 2015
  • Балыко Александр Карпович
  • Мякиньков Виталий Юрьевич
  • Савельева Людмила Геннадьевна
  • Балыко Илья Александрович
RU2582879C1
ГЕНЕРАТОР УПРАВЛЯЕМЫЙ НАПРЯЖЕНИЕМ 2014
  • Балыко Александр Карпович
  • Мякиньков Виталий Юрьевич
  • Савельева Людмила Геннадьевна
  • Балыко Илья Александрович
RU2568264C1
ГЕНЕРАТОР СВЧ НА ТРАНЗИСТОРЕ 2007
  • Балыко Александр Карпович
  • Королев Александр Николаевич
  • Мальцев Валентин Алексеевич
  • Мякиньков Виталий Юрьевич
RU2353048C1
ГЕНЕРАТОР СВЧ 2015
  • Балыко Александр Карпович
  • Мякиньков Виталий Юрьевич
  • Савельева Людмила Геннадьевна
  • Балыко Илья Александрович
RU2582559C1
ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ФИЛЬТР СВЧ 2011
  • Балыко Александр Карпович
  • Мякиньков Виталий Юрьевич
  • Иванова Екатерина Игоревна
  • Сафонова Галина Васильевна
  • Катасова Лидия Николаевна
RU2459320C1
УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ 2013
  • Балыко Александр Карпович
  • Королев Александр Николаевич
  • Мякиньков Виталий Юрьевич
  • Мамонтов Александр Юрьевич
  • Меденкова Лидия Михайловна
RU2522302C1
ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ФИЛЬТР СВЧ 2008
  • Балыко Александр Карпович
  • Королев Александр Николаевич
  • Мальцев Валентин Алексеевич
  • Матюшина Надежда Александровна
  • Никитина Людмила Владимировна
  • Козлова Любовь Николаевна
RU2372695C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 298 280 C1

Реферат патента 2007 года ГЕНЕРАТОР СВЧ НА ТРАНЗИСТОРЕ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕСТРОЙКОЙ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к электронной технике. Техническим результатом является увеличение диапазона перестройки частоты и возможность создания генератора СВЧ на транзисторе в монолитном исполнении. Генератор СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты содержит активный прибор - полевой транзистор с затвором в виде барьера Шотки, соединенный по схеме с общим истоком, два пленочных резистора с сопротивлением R1 и R2 соответственно. В качестве полупроводникового прибора, управляемого напряжением, используют второй полевой транзистор с затвором в виде барьера Шотки, соединенный также по схеме с общим истоком. 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 соединены с общим истоком и с затвором второго полевого транзистора соответственно, при этом на затвор второго полевого транзистора подают управляющее напряжение отрицательной полярности, изменяющееся в пределах от 0 до Uo, где Uo - отрицательное напряжение отсечки второго полевого транзистора. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 298 280 C1

1. Генератор СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты, содержащий активный прибор - полевой транзистор с затвором в виде барьера Шотки, выполненный из полупроводникового материала группы АIIIBV 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, отличающийся тем, что 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 AIIIBV и соединенный также по схеме с общим истоком, а другой конец колебательной системы соединен со стоком второго полевого транзистора, одни концы обоих пленочных резисторов соединены с затвором первого полевого транзистора, а другие концы этих пленочных резисторов 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 отрицательной полярности, изменяющееся в пределах от 0 до Uo, где Uo - отрицательное напряжение отсечки второго полевого транзистора.2. Генератор СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты по п.1, отличающийся тем, что колебательная система представляет собой разделительную емкость и индуктивность.3. Генератор СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты по п.1, отличающийся тем, что генератор выполнен в гибридном интегральном исполнении.4. Генератор СВЧ на транзисторе с электрической перестройкой частоты по п.1, отличающийся тем, что генератор выполнен в монолитном интегральном исполнении.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2298280C1

ГАССАНОВ Л.Г и др
Твердотельные устройства СВЧ в технике связи
- М.: Радио и связь, 1988, с.56
Генератор 1987
  • Каштанов Сергей Федорович
  • Кожарин Игорь Дмитревич
  • Шеламов Григорий Николаевич
SU1561190A1
Параметрический генератор 1987
  • Наумов Юрий Евгеньевич
  • Струков Анатолий Захарович
SU1518866A1
US 3725822 А, 03.04.1973
JP 9223928 А, 26.08.1997
JP 9284102 А, 31.10.1997.

RU 2 298 280 C1

Авторы

Балыко Александр Карпович

Королев Александр Николаевич

Мальцев Валентин Алексеевич

Мякиньков Виталий Юрьевич

Мальцева Наталья Ивановна

Манченко Любовь Викторовна

Козлов Николай Владимирович

Рудый Юрий Борисович

Даты

2007-04-27Публикация

2005-08-12Подача