Нелинейные эффекты в сегнетоэлектрическом конденсаторе под воздействием СВЧ мощности

• Автор: Васильев, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 131 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПРИМЕНЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКОВ В ФАЗОВРАЩАТЕЛЯХ ДЛЯ ФАЗИРОВАННЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК

1.1. Фазированные антенные решетки

1.2 Сегнетоэлектрики в технике СВЧ

1.3 Сегнетоэлектрические фазовращатели

1.4 Модель диэлектрического отклика сегнетоэлектрика

1.5 Электрическая компенсация температурной зависимости емкости сегнетоэлектрического конденсатора

1.6 Сегнетоэлектрики при повышенном уровне СВЧ мощности

ГЛАВА 2. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭФФЕКТЫ В
СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОМ КОНДЕНСАТОРЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПОВЫШЕННОЙ МОЩНОСТИ СВЧ СИГНАЛА
2.1. Модуляция емкости сегнетоэлектрического конденсатора
2.2. Генерация высших гармоник в параллельном резонансном контуре на одиночном и сдвоенном вариконде
2.3. Расчет высших гармоник методом гармонического баланса
2.4. Модель зависимости тангенса угла диэлектрических потерь сегнетоэлектрика от амплитуды СВЧ сигнала
ГЛАВА 3. МОДЕЛЬ ОТРАЖАТЕЛЬНОГО ФАЗОВРАЩАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ УПРАВЛЯЕМОГО СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА
3.1. Основные положения
3.2. Оптимизация СВЧ фазовращателя на основе гибридного моста и управляемого сегнетоэлектрического элемента
3.3. Моделирование сегнетоэлектрического фазовращателя на повышенный уровень СВЧ мощности
3.4. Электродинамический расчет

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ФАЗОВРАЩАТЕЛЯ ДЛЯ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
4.1. Фазовращатель на основе одиночных сегнетоэлектрических управляющих элементов для работы в составе фазированной антенной решетки
4.2. Исследование сегнетоэлектрического фазовращателя на основе сдвоенного конденсатора на повышенном уровне СВЧ мощности
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Характерной особенностью СЭ является большая величина диэлектрической проницаемости и ее зависимость от напряжённости электрического поля. Интерес к сегнетоэлектрическим перестраиваемым СВЧ цепям постоянно растет из-за их способности управлять высокой СВЧ мощностью, незначительного потребления постоянной мощности и потенциально низких потерь и низкой стоимости изготовления.
Использование сегнетоэлектрических материалов позволяет осуществить производство фазовращателей для фазированных антенных решеток (ФАР), обладающих следующими свойствами: высоким быстродействием, малой мощностью в цепях управления, большой мощностью СВЧ-сигнала, низкой стоимостью массового производства. На сегодняшний день сочетание названных свойств в одном изделии не удается осуществить на основе существующих ферритовых или полупроводниковых материалов.
Целесообразность применение СЭ при конструировании фазовращателя обосновывается следующими факторами:
1) Управление диэлектрической проницаемостью СЭ элемента обеспечивается приложением управляющего напряжения при ничтожно малом токе. Поэтому мощность управляющих цепей, которая оказывается на 1 -2 порядка меньше, чем в случае применения ферритовых управляющих устройств или устройств на основе рн-п диодов.
2) Сегнетоэлектрические устройства изготавливаются по планарной технологии, вписывающейся в развитую технологию СВЧ интегральных схем.
Активный элемент СЭ ФВ представляет собой конденсатор, емкость которого изменяется под действием приложенного управляющего напряжения. В настоящее время развиваются два направления оптимизации СЭ конденсатора с управляемой ёмкостью:
1) Снижение величины управляющего напряжение до 5 -10 В для того, чтобы управляемый конденсатор вписывался в схему управления на традиционных полупроводниковых транзисторах,

С (и, Т,х) = м/£0
'єг(Е,Т,х)-£5-1 . 5//і+4іп2/7Г
где 8 — ширина зазора планарного конденсатора, Ь — толщина сегнетоэлек-трической пленки, Ь — длина электродов, Н — толщина подложки, у — ширина конденсатора, — диэлектрическая проницаемость подложки. Напряженность управляющего поля и напряжение в планарном конденсаторе связаны следующим образом [36]:
В формуле (1.18), в отличие от выражения (1.16), напряженность поля смещения записана как функция температуры и заданной емкости С , так как значение заданной проницаемости определяется исходя из значения требуемой для работы устройства емкости с использованием выражения (1.17), связывающего значения емкости и проницаемости планарного конденсатора, включающего в себя подложку с сегнетоэлектрической пленкой. Вид зависимости и(Т,С), приведен на рис. 1.7,Ь.
Как видно из рис. 1.7,с, приложение к сегнетоэлектрическому конденсатору зависящего от температуры напряжения в соответствии с (4) - (6) позволяет получить емкость, независящую от температуры в довольно широком температурном интервале.
Для осуществления электрической термокомпенсации напряжение смещения на перестраиваемый сегнетоэлектрический конденсатор должно поступать через блок коррекции. Коррекцию напряжения смещения при изменении параметров сегнетоэлектрического конденсатора от температуры в соответствии с внешними факторами можно выполнять анапогово или дискретно.
В модуле управления коррекция текущего напряжения осуществляется путем его умножения на коэффициент коррекции Ки.г-
и(Т,) = Е(Т,Сд)-(з + к)
(1.18)