Комплексное методическое и аппаратурное обеспечение проектирования охлажденных СВЧ малошумящих усилителей на полевых транзисторах

• Автор: Топольницкий, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 05.12.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 23 с. : ил.; 20х15 см

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ
Задачи, которые ставятся перед современными радиотехническими системами, часто могут бьггь решены только с использованием приемных устройств с предельно низкими собственными шумами.
В последнее время получили широкое распространение малошумящие усилители (МШУ) СВЧ-диапазона на ОаАз полевых транзисторах (ПТ) и. в частности, охлажденные (ОМШУ), благодаря своим преимуществам перед квантовыми и параметрическими усилителями.
Специфика проектирования охлажденных МШУ состоит в следующем:
I. Габариты и тепловая нагрузка усилительного узла должны быть минимальными для достижения максимальной глубины охлаждения при заданных параметрах холодильной установки, поэтому в конструкциях МШУ используются ПТ в бескорпусном исполнении и микрополосховые тонкопленочные волноводы. Чтобы сконструировать компактную микрополос-ковую схему, необходимо знание электродинамических параметров микро-полосковых узлов, приборов для прямого измерения которых нет.
2. В рабочем режиме охлажденный узел МШУ недоступен для настройки, поэтому он должен быть спроектирован наиболее точно, что возможно только с использованием полного набора исходных данных, соответствующих реальным условиям работы ПТ, т.е. шумовых параметров и параметров волновой матрицы (или эквивалентной схемы) транзисторов, включенных в микрополосковую линию и охлажденных до соответствующей температуры. Только в этом случае достаточно быстро могут быть достигнуты наилучшие результаты. Но в справочной литературе такие параметры отсутствуют и штатных приборов для их измерения нет.
Кроме того при исследовании малошумящих ПТ и МШУ (Тш<300 К) используются двухуровневые управляемые эталоны шума с криогенным охлаждением, очень громоздкие и неудобные в обращении, что особенно мешает при работе с микроминиатюрными устройствами.
Отсюда вытекают актуальность задачи и необходимость комплексного подхода при обеспечении проектирования охлажденных МШУ низхотем-;ратурнь1ми параметрами транзисторов и электродинамическими параметрами планарных волноводов, требование усовершенствования процесса . стройки усилителей и повышения точности измерения шумовых пара-; .ЯрОВ.
ЩПЬ РАБОТЫ
Целью настоящей работы является разработка методик и их апаратурно-> обеспечения для исследования температурных зависимостей параметров
СВЧ транзисторов в условиях криогенных температур и электродинамических характеристик планарных волноводов. Целью также является исследование возможности генерирования СВЧ шумовой мощности со СПМШ в пределах (0,2...0,5)кТо без криогенного охлаждения и создание удобного малогабаритного двухуровневого низкотемпературного генератора шума.
Для достижения поставленной цели необходимо:
- разработать способ экспериментального исследомания полей рассеяния планарных волноводов и определения их электродинамических характеристик;
- разработать способ исследования температурной зависимости параметров волновой матрицы ПТ, установленных в микрополосковую линию, при их охлаждении до криогенной температуры.
- разработать способ исследования температурной зависимости шумовых параметров (1<о - коэффициента шума транзистора в 50-омной линии; ¥тт-миннмального коэффициента шума и 7лр1 - оптимального импеданса на входе транзистора, обеспечивающего минимальные шумы) ПТ, при их охлаждении до криогенной температуры;
- экспериментально и теоретически исследовать принцип генерации "холодного" шума ОаЛя полевым транзистором, разработать и сконструировать основанный на этом принципе двухуровневый низкотемпературный генератор шума с электронным переключением уровней.
НА УЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем:
I .Предложена новая методика построения измерительной линии для любого типа планарного волновода, включая и микрополосковый, основанная на изобретении магнитных зондов (двух вариантов), позволяющих производить измерение пространственного распределения тангенциальных магнитных составляющих поля рассеяния планарного волновода, и значительно расширяющая традиционные возможности измерительных линий.
2. Подтверждена экспериментально принципиальная необходимость низкотемпературных испытаний ПТ для отбора приборов, способных работать при глубоком охлаждении. Для некоторых типов ПТ получены данные, позволяющие экстраполировать шумовые параметры работоспособных транзисторов в область криогенных температур.
3. Предложена новая методика лабораторных исследований полного набора шумовых параметров ПТ при изменении температуры до минус 190°С, которая заключается в разработке эталонного генератора шума и управляемых трансформаторов импеданса работоспособными при криогенных темпернатурах, их миниатюризации и размещении совместно с испытуемым транзистором в холодной зоне. Разработана методика определения опти-