ГЕНЕРАТОР СВЧ НА ТРАНЗИСТОРЕ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕСТРОЙКОЙ ЧАСТОТЫ Российский патент 2007 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 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 A^IIIB^V - 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 А^IIIВ^V 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 А^IIIB^V 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 U_o, где

U_o - отрицательное напряжение отсечки второго полевого транзистора.

Колебательная система представляет собой разделительную емкость и индуктивность.

Сопротивления R₁ и R₂ пленочных резисторов равны 80 /U_o/ и 320 /U_o/ 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 U_o и соответственно при управляющем напряжении отрицательной полярности на первом полевом транзисторе 0,8 U, изменяющимся в пределах от 0 до 0,8 U_o, 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 U_o приводит к отсечке тока второго полевого транзистора.

Изменение управляющего напряжения отрицательной полярности на первом полевом транзисторе ограничивается величиной 0,8 U_o, 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 U_o.

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.

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 U_o, где U_o - отрицательное напряжение отсечки второго полевого транзистора. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

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 А^IIIB^V 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 A^IIIB^V 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 U_o, где U_o - 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.