Генераторный модуль Советский патент 1990 года по МПК H03B7/14 

Ч

6

Фиг.1

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в области СВЧ и КВЧ в качестве источника сигнала в радиоэлектронной аппара- туре различного функционального назначения.

Цель изобретения - повьппение частотного диапазона работы генераторного модуля,при одновременном умень- шении потерь мощности и улучшении спектральньк характеристик выходного сигнала.

На фиг.1 изображен генераторный модуль; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - генераторный модуль с повышенным уровнем вькодной мощности; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.4;на фиг.6 разрез Г-Г на фиг.4; на фиг.7 - гене- раторный модуль с расширенным диапазоном электрической перестройкой частоты; на фиг.8 - разрез Д-Д на фиг.7; на фиг.9 - схема подключения генераторного модуля; на фиг.10 - разрез Е-Е на фиг.9; на фиг.11 - схема подключения генераторного модуля к диэлектрическому волноводу; на фиг.12 - разрез Ж-Ж на фиг.11; на фиг.13 - схема подключения генераторного моду- ля к щелевой линии; на фиг.14 - разрез 3-3 на фиг.13; на фиг.15 - схема подключения генераторного модуля к прямоугольному волноводу; на фиг.16 разрез И-И на фиг.15.

Генераторный модуль содержит полупроводниковую пластину 1, имеющую толищну,равную высоте выполненных в ней меза-структур диода 2 с отрицательным соцротивлением и варикапа 3; на внутренней поверхности полупроводниковой пластины 1, обращенной к металлической подложке 4, расположены первые электроды диода с отрицательным сопротивлением 2 и варикапа 3 и в углублениях в металлической подложке 4 вьтолнены первые обкладки первого, второго и третьего квази- сосрёдоточенных конденсаторов (пунктирные линии на фиг.1), у которых вторые обкладки 5-7 расположены на внутренней поверхности полупроводниковой пластины 1 и изолированы от первых обкладок изолирующим зазором 8, первый электрод диода 2 с отрица- тельным сопротивлением, соединенный с металлической подложкой 4, и второ :электрод, соединенный с первым концом первого отрезка 9 проводника.

который размещен на внешней поверхности полупроводниковой пластины 1 и- соединен вторым своим концом через первое отверстие 10, выполненное в полупроводниковой пластине 1, с второй обкладкой 7 третьего квазисосре- доточенного конденсатора, первый электрод варикапа 3, соединенный с второй обкладкой 5 первого квазисосредоточенного конденсатора, и второй электрод варикапа 3, соединенный с первыми концами второго 11 и третьего 12 отрезков проводников, которые размещены на внешней поверхности полупроводниковой пластины 1 и соединены своими вторыми концами через второе отверстие 13 и четвертое отверстие 14, вьтолненные в полупроводниковой пластине 1, соответственно с второй обкладкой 7 третьего квазисосредоточенного конденсатора и второй обкладкой 6 второго квазисосредоточенного конденсатора, отверстие 15 (штрихпунктирная линия на фиг.1), выполненное в металлической подложке 4, первую контактную площадку 16, размещенную на внешней поверхности полупроводниковой пластины 1, которая соединена через третье отверстие 17, вьшолненное в полупроводниковой пластине 1, с второй обкладкой 7 третьего тонкопленочного конденсатора, а также вторую 18 и третью 19 контактные площадки для подключения питания, размещенные на внешней поверхности диэлектрической пластины, которые через пятое 20 и шестое 21 отверстия соединены с вторыми обкладками 5 и 6 первого и второго квазисосредоточенных конденсаторов соответственно. Изолирующий диэлектрический слой вьтолиен, например, методами EPIC технологии в полупроводниковой пластине 1 вокруг меза-структур диода 2 с отрицательным сопротивлением варикапа 3, под первым 9, вторым 11 и третьим 12 отрезками проводников, контактными площадками 16, 18 и 19, над вторыми обкладками 5-7 первого, второго и третьего квазисосредоточепных конденсаторов, на всю толщину полупроводниковой пластины 1,

Изолирующий зазор 8 может быть обеспечен-, например, слоем диэлектрика SiO или J.

Генераторный модуль, изображенный на фиг.2, содержит в полупроводни15

20

овой пластине 1 меза-структуру до- - олнительного диода 22 с отрицательным сопротивлением, у которого первый электрод соединен с металлической подложкой А, а второй электрод соединен с первым концом введенного дополнительно и размещенного на внешней поверхности полупроводниковой пластины 1- четвертого отрезка 23 Q проводника, у которого второй конец соединен через седьмое отверстие 24, выполненное в полупроводниковой пластине 1, с второй обкладкой 7 третьего квазисосредоточенного конденсатора, при этом четвертый 23 и первый 9 отрезки проводников имеют одинаковую длину, расположены параллельно друг другу, а диоды 2 и 22 с отрицательными сопротивлениями подключены к их противоположным концам. Первые электроды диодов 2 и 22 с отрицательными сопротивлениями могут быть соединены с металлической подложкой-4 через отверстие 25, выполнен- 25 ное во второй обкладке 7 третьего квазисосредоточенного конденсатора.

Генераторный модуль, изображенный на фиг.З, отличается тем, что второй конец первого отрезка 9 проводника ЗО соединен с второй обкладкой 7 третьего квазисосредоточенного конденсатора через меза-структуру дополнительно введенного варикапа 26,который вьшол- нен в полупроводниковой пластине 1, jj второй электрод диода 2 с .отрицательным сопротивлением присоединен, также к первому концу введенного дополнительно пятого отрезка 27 проводника, выполненного на внешней поверхности 40 полупроводниковой пластины 1, под которым в металлич.еской подложке 4 выполнено дополнительное отверстие 28 и у которого второй конец соединен через восьмое отверстие 29, выполнен- 45 ное в полупроводниковой пластине 1, с размещенной на ее внутренней поверхности второй обкладкой 30 четвертого квазисосредоточенного конденсатора,- при этом к это1 же обкладке 50 30 через введенное дополнительно девятое отверстие 31, выполненное в полупроводниковой пластине 1, присоединена введенная дополнительно четвертая контактная площадка 32 для под- 55 ключения питания, которая размещена на внешней поверхности полупроводниковой пластины 1, причем первая обкладка четвертого квазисосредоточенНо5

0

5

О j 0 5 0 5

го конденсатора совмещена с металлической подложкой 4 и расположена в выполненном дополнительно углублении в ней.

На фиг.4 изображен один из вариантов подключения генераторного модуля 33 (фиг.1) к микрополосковой линии передачи, вьтолненной на диэлектрической пластине 34, которая расположена на металлическом основании 35. Генераторный модуль 33, изображенный на фиг.1, устанавливается непосредственно на металлическое основание 35, его контактная площадка 16 соединена ленточным проводником 36 с проводником микрополосковой линии 37 передачи, а его контактные площади 18 и 19 соединены с помощью проволочных отрезков проводников 38 и 39 с конденсаторами 40 и 41 фильтров цепей питания, вьшолненных на металлическом основании 35 методами тонкопленочной технологии.

На.фиг.5 изображен один из вариантов подключения генераторного модуля 33 (фиг.1) к диэлектрическому волноводу (ДВ) 42, расположенному на металлической пластине 35. Генераторный модуль 33 (фиг.1) устанавливается непосредственно на металлическое основание 35, его контактная площадка 16 соединена ленточным проводником 36 со слоем 43 металлизации, нанесенной на конусный переход диэлек- трическЛго волновода, а его контактные плоР1адки 18 и 19 подключены к фильтрам цепей питания, выполненным на металлической пластине 35 таким же образом, как и на фиг.4.

На фиг.6 изображен один из вариантов подключения генераторного модуля 33 (фиг.1) к щелевой линии (ПЩ) 44 передачи, выполненной в металлическом основании 35. Генераторный модуль 33 (фиг.1) устанавливается непосредственно на металлическое основание 35, его контактная площадка 16 соединена отрезком проводник-а 45,расположенным над щелевой линией 44 передачи, с конденсатором 46, который вьтолнен на металлическом основании 35 вблизи короткозамкнутого конца щелевой линии 44 передачи, а его контактные площадки 18 и 19 подключены к фильтрам цепей питания, выполненным на металлической пластине 35 таким же образом, как и на фиг.4 и 5.

20

25

На фиг.7 изображен один из вариан-. тов подключения генераторного модуля 33 (фиг.1) к отрезку прямоугольного волновода. Генераторный модуль 33 (фиг.1) устанавливается непосредственно на металлическом основании 35,выполняющем роль короткозамыкающей стенки отрезка прямоугольного волновода, при этом контактная площадка 16 Q генераторного модуля 33 соединена с помощью петлеобразного отрезка проводника 47, связанного с магнитным полем отрезка прямоугольного волновода и расположенного параллель- но его узким стенками, с конденсатором 48, выполненным на металлическом основании 35. Что касается контактных площадок 18 и .19 генераторного модуля 33, то они подключены к конденсаторам 40 и 41 фильтров цепей питания с помощью проволочных отрез ков проводников 38 и 39, которые для исключения их связи с магнитным полем волновода расположены параллельно его широким стенкам. .

Аналогичным.образом к СВЧ-линиям передач подключается и генераторный модуль, изображенный на фиг.2. Что касается подключения к СВЧ-линиям передач генераторного модуля,изображенного на фиг о 3, то в этом случае на металлическом основании 35 (фиг.4- 7) необходимо дополнительно выполнить еще один тонкопленочный фильтр цепи питания, который подсоединяется с помощью проволочного отрезка.проводника к контактной площадке 32 (фиг.З) генераторного модуля.

Резонансная система предлагаемого ;модуля (фиг.1) представляет собой резонансную систему квази-сосредоточен- ного типа. В ее состав входят последовательно включенные диод 2 с отрицательным сопротивлением, первьш от- резок 9 проводника и параллельный колебательный контур, образованный тре- тьим квазисосредоточенным конденсатором, к второй обкладке 7 которого с помощью-контактной площадки 16 под- jO ключена нагрузка - СВЧ-линия передачи, а также вторым отрезком 11 проводника и варикапом 3, закороченным по переменному току на металлическую подложку 4 с помощью первого квазисо- средоточенного конденсатора, к второй обкладке 5 которого с помощью контактной ппощадки 18 подводится на- пряжение смещения на варикап 3. Тре30

,с

40

45

0

5

тий отрезок 12 проводника вместе с вторым квазисосредоточенным конденсатором, соединенным своей второй обкладкой 6 с контактной площадкой 19, . служат для подведения напряжений смещений на варикап 3 и диод 2 с отрицательным сопротивлением. Отверстие 15 . в металлической подложке 4 выполнено У1Я увеличения эквивалентной индуктивности третьего отерзка 12 проводника, шунтирующего по переменному то ку варикап 3. Перестройка по частоте генераторного модуля осуществляется изменением напряжения на варикапе 3, 1ЧТО приводит к изменению резонансной |Частоты параллельного колебательного JKOHTypa, в состав которого он входит, |а значит и к изменению частоты выход- iHoro сигнала генераторного модуля.Дпя обеспечения.устойчивой работы генера торного модуля резонансные часто ты

упомянутого параллельного колебательного контура, к которому подключена нагрузка -: линия передачи, и который включен в резонансную систему генераторного .модуля последовательно с диодом 2 с отрицательным сопротивлением, должны быть меньше частоты выходjO

0

ного сигнала генераторного модуля во всем частотном диапазоне его работы. Последнее обеспечивает положительный знак у производной реактивной составляющей и отрицательный -знак у i с производной активной составляющей эквивалентного сопротивления.данного параллельного колебательного контура по частоте и, следовательно, устойчивую работу данного генераторного модуля.

При включении в резонансную систему генераторного модуля (фиг.2) двух диодов 2 и 22 с отрицательным сопротивлением, отрезки 9 и 23 проводников расположены параллельно друг дру0

5

гу, а их разноименные концы находятся рядом. Этим обеспечивается взаимная синхронизация двух диодов 2 и 22 с отрицательным сопротивлением, исключается возможность возбуждения паразитной частоты генерации в резонансном контуре, образованным двумя диодами с отрицательным сопротивлением 2 и 22 и отрезками 9 и 23 проводников, с которыми они соединены своими BTOpijiMH электродами.

Перестройка по частоте генераторного модуля, изображенного на фиг.З, осуществляется измененией напряжения

9 15 одновременно на двух варикапах 3 и 26, входящих в состав его резонансной системы, при этом втррой, дополнительно вьшолненньщ в полупроводниковой пластине 1, варикап 26 включен в. резонансную систему генераторного модуля последовательно как с диодом 2 с отрицательным сопротивлением, так и с параллельным колебательным контуром, в- состав которого входит первый варикап 3, что позволяет расширить диапазон электрической перестройки частоты данного генераторного модуля. Так как в генераторном мо цуде, изображенном на фиг.З, на контактную площадку 18 подается напряжение сме1 5ения на первый варикап 3, на контактную площадку 19 подаются напряжения смес1ения на первый 3 и второй 26 варикапы, а на контактную пл.ощадку 32 подаются напряжения смещения на второй варикап 26 и диод 2 с отрицательным сопротивлением.

Отверстие 28 в металлической подложке 4 предназначено для увеличения эквивалентной индуктивности отрезка 27 проводника, подключенного параллельно диоду 2 с отрицательным сопротивлением. Это позволяет избежать возникновения неконтролируемых па- .разитных частот генерации.

Повышение частотного диапазона работы генераторного модуля обеспечено уменьшением числа паразитных элементов конструкции, которая представляет собой монолитную интегральную схему на квазисосредоточенных элементах. Причем верхний предельный частный диапазон генераторных модулей по ПП.2 и 3 превышает таковой для генераторного модуля по п.1, что достигается за .счет образования магнитной связи между противофазно возбуждаемыми отрезками 9 и 23 проводников или за счет уменьшения длины отрезка проводника, соединяющего второй-электрод диода 2 с отрицательным сопротивлением с третьим квази- сосредо-грченным конденсатором (его второй обкладкой 7), на толщину полупроводниковой пластины 1 (для КВЧ- диапазона это сутцественно) . Таким образом, повышение частотного диапазона работы генераторного модуля достигается за счет дальнейшего уменьшения эквивалентных индуктивностей отрезков проводников, входя1цих в состав его резонансных систем. Одновре105 10

менно это уменьшает потери выходной мощности и улучшает спектральный состав сигнала генераторного модуля.

(Кроме того, в генераторном -моду- . ле по п.2 за счет суммирования мощ- носатей двух упоров с отрицательным сопротивлением одновременно повышен уровень мощности сигнала, а в генера Q торном модуле по п.З расширен

диапазон частотной перестройки выходного сигнала.

Формула изобретения

1. Генераторный модуль, содержащий металлическую подложку, на которой расположены первый и второй квазисосредоточенные конденсаторы, первые

обкладки которых совмещены с металлической подложкой, диод с отрицательным сопротивлением, соединенный первым своим электродом с металлической подпожкой, а вторым своим электродом с первым концом первого отрезка проводника, и варикап, соединенный пер- вым электродом с втор ой обкладкой первого квазисосредоточенного конденсатора, а вторым своим электродом - с первыми концами второго и третьего отрезков проводников, последний из которых соединен вторым своим концом.с второй обкладкой второго квазисосредоточенного конденсатора, отличающийся тем, что, с целью повьшения частотного диапазона его работы при одновременном уменьшении потерь мощности и улучшении спектральных характеристик

выходного сигнала, на металлической

подложке установлена введенная полу- проводниковая пластина, меза-струк- туры диода с отрицательным сопротивлением и варикапа выполнены в полупроводниковой пластине, толщина которой равна высоте этих меза-с-труктур, первые обкладки первого и второго квазисосредоточенных конденсаторов расположены в углублениях, выполненных в металлической подложке, в которой выполнено также углубление, в котором выполнена первая обкладка введенного третьего квазисосредоточенного конденсатора, вторые обкладки всех квазисосредоточенньгх конден-, саторов расположены на внутренней по-: верхности полупроводниковой пластины, обращенной к металлической подложке над углублениями в ней, при

этом вторая обкладка третьего квазисосредоточенного конденсатора через первое, второе и третье отверстия, вьшолиенные в полупроводниковой пластине соединена с вторь1ми концаьш первого и второго отрезков проводников и с введенной первой контактной площадкой, являющейся выходом генераторного модуля, которые размещены на внешней поверхности полупроводниковой пластины, противоположной металлической подложке, причем на той же поверхности полупроводниковой пластины установлен третий отрезок проводника и введенные вторая и третья контактные площадки для подключения питания, в полупроводниковой пластине вьшолнены дополнительные четвертое, пятое и шестое отверстия, через которые соответственно соединены второй конец третьего отрезка проводника с второй обкладкой второго квазисосредоточенного конденсатора, вторая контактная площадка для юдключения питания с второй обкладкой первого квазисосредоточенного конденсатора и третья контактная площадка для подключения питания с рторой обкладкой второго квазисосредоточенного конденсатора, в металлической подложке под третьим отрезком проводника выполнено отверстие, а в полупроводниковой пластине вокруг ме за-структур.диода с отрицательным сопротивлением и варикапа под первыми, вторыми и третьими отрезками проводников и контактных площадок и. .над вторыми обкладками первого, второго и третьего квазисосредоточенных конденсаторов вьшолнен изолирующий диэлектрический слой на всю толщину полупроводниковой пластины.

2. Модуль поп.1,отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повышения мощности выходного сигнала, в полупроводниковой пластине выполнена меза-структура дополнительного диода с.отрицательным сопротивлением, у которого первый электрод соединен с металлической подложкой, а второй электрод соединен с первым концом- введенного и размещенного на внешней поверхности пол.упроводнико- , вой тшастины четвертого отрезка про- водника, второй конец которого через - седьмое отверстие, вьшолненное в полупроводниковой пластине, соединен с второй обкладкой третьего квазисосре- Q доточенного конденсатора, при этом первый и четвертый отрезки проводников выполнены одинаковой длины,размещены параллельно, а-диоды с отрицательными сопротивлениями подключены к

их противоположным концам,

3. Модуль по п.1, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона электрической перестройки частоты, второй конец перво0 го отрезка проводника соединен с второй обкладкой третьего квазисосредо- точенного конденсатора, через -меза- структуру дополнительно введенного варикапа, который выполнен в полупро5 водниковой пластине, .второй электрод диода с отрицательным сопротивлением присоединен к первому концу введенно- го пятого отрезка проводника, выполненного на внешней поверхности полу0 проводниковой пластины, под которым .в металлической подложке вьтолнено допо1 нительное отверстие и у которого второй конец соединен с размещ ен- ной на внутренней поверхности полуtf проводниковой пластины второй обкладкой введенного дополнительна четвер- того квазисосредоточенного конденсатора, через .восьмое отверстие, вьтол- ненное в полупроводниковой пластине,

4Q при этом к этой же обкладке четвертого квазисосредоточенного конденсатора через дополнительное девятое отверстие, выполненное в полупроводниковой пластине, присоединена введенд5 ная четвертая контактная площадка для

подключения питания, причем первая обкладка четвертого квазисосредоточенного конденсатора совмещена с ме- . таллической под.пржкой и расположена

50 в выполненном дополнительно углублении в ней.

5 1820 57

) t;

В 11 J3

7 Ю 8 9

ф1/г.2

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в СВЧ- и КВЧ-диапазонах в качестве источника сигнала в РЭА различного назначения. Цель изобретения - повышение частотного диапазона работы генераторного модуля при одновременном уменьшении потерь мощности и улучшении спектральных характеристик выходного сигнала, а также повышение мощности выходного сигнала и расширение диапазона электрической перестройки частоты. Для этого генераторный модуль выполнен на полупроводниковой пластине 1, в которой образованы меза- структуры диода 2 с отрицательным сопротивлением и варикапа 3, и обкладки 5-7 квазисосредоточенных конденсаторов, а на поверхности полупроводниковой пластины 1 размещены отрезки проводников 9, 11 и 12, выполняющих функции соединителей. 2 з.п. ф-лы, 16 ил.

/

16

18 20

18

15

Фиг.З

Т

Фиг. 4

19

1598105

11 11 8-8 д 2S

JKOUSSL

5

V-n

20I

J i

Фиг. б

лТ

Г

Г9

,

Фиг. 5

Гб

Г // /у

/ / .

J i rf 1/3 Y 1 /

ш - в ж

21

и-«

./5

хР- /

// 16 Л-Л 9

Т

55

Фиг. 9

35

39 38 6 ILL Л J4

ч J5

N 1

Фиг. 11

21

8 50 Si 32

хл. МПЛ

Фиг. 10

41

Т,

40

Фиг. 11

Фиг.13

39 fS

f(Jt.15

Составитель В.Геворкян Редактор Н.Лазоренко Техред М.Ходанич

Фиг. 14- 44

.

41

:5.

л

Фиг 16

Корректор м.Пожо