Определение параметров моделей СВЧ транзисторов по результатам измерений

• Автор: Белова, Юлия Васильевна
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Содержание
Введение

Актуальность темы

Цели и задачи диссертации

Объект исследования

Методы исследования

Научная новизна

Практическая ценность

Практическое использование

Обоснованность и достоверность результатов работы

Апробация работы

Публикации
Структура и объем работы
На защиту выносятся
Глава 1 Определение и идентификация параметров моделей СВЧ транзисторов (актуальность, состояние проблемы, постановка задач исследований)
1.1 Актуальность задачи определения ^-параметров и идентификации схемных параметров моделей СВЧ транзисторов
1.2 Состояние проблемы
1.3 Постановка задачи
Выводы
Глава 2 Определение параметров транзисторов по результатам измерений на постоянном токе и
на СВЧ
Введение
2.1 Измерение вольт-амперных характеристик (ВАХ) транзистора с использованием виртуального прибора
2.2 ТКЛгметод определения волновых параметров модели СВЧ транзистора по результатам измерений в полосковых линиях передачи
2.3 Идентификация моделей коаксиально-полосковых переходов, полосковых и резистивных структур
Выводы
Глава 3 Идентификация параметров моделей пассивных цепей транзисторного усилительного
модуля
Введение
3.1 Идентификация волновых параметров согласующих цепей
3.2 Идентификация волновых параметров коаксиальных неатгестованных переходов
3.3 Идентификация волновых параметров коаксиально-полосковых переходов методом удаленной нагрузки
3.4 Алгоритм и программа автоматизации процесса идентификации параметров модели КПП
Выводы
Глава 4 Методы определения волновых и схемных параметров транзисторов
Введение
4.1 Метод идентификации согласующих цепей
4.2 Сопоставительный анализ результатов идентификации схемных и волновых параметров моделей СВЧ транзисторов
4.3 Определение параметров транзистора по результатам измерений в полосковых линиях передачи. Экспериментальные результаты
4.4 Метод удаленной нагрузки в задаче определения параметров транзистора по результатам
измерений. Экспериментальные результаты
Выводы
Глава 5 Идентификация параметров моделей СВЧ транзисторов в режиме большого
сигнала
Введение
5.1. Идентификация параметров транзисторных модулей методом удаленной нагрузки
5.2. Анализ точности определения б'-параметров
5.3. Анализ метода удаленной нагрузки в режиме большого сигнала
5.4. Идентификация схемных параметров эквивалентной модели транзистора
Выводы
Заключение
Литература

Введение
Широкое развитие техники высоких и сверхвысоких частот и стремление к существенному снижению затрат на ее разработку способствует широкому применению средств автоматизированного проектирования при их разработке [1].
В процессе расчета и проектирования СВЧ устройств различного назначения необходимо иметь точную информацию о каждом используемом элементе проектируемой схемы. Важно знать, как тот или иной элемент поведет себя при изменении внешних условий. В частности, для широкого внедрения современных средств автоматизированного проектирования СВЧ устройств необходимо иметь базу моделей транзисторов [2], в том числе отечественных. Все известные зарубежные системы автоматизированного проектирования, такие как Microwave Harmonica, Microwave Explorer, Success, Serenada фирмы Compact Software (Ansoft Inc), Libra (в составе HP Advanced Design System) фирмы HP EEsof, Microwave Office фирмы Applied Wave Research имеют обширную библиотеку моделей зарубежных транзисторов [3]. На сегодняшний день не существует, как таковой, библиотеки моделей транзисторов российского производства, предназначенных для работы в режиме большого сигнала, что удорожает и усложняет отечественные разработки.
Актуальность темы
Успех проектирования микроэлектронных СВЧ устройств, в частности микрополосковых интегральных схем [4], определяется результатами предварительного моделирования СВЧ транзисторов в линейном и нелинейном режимах работы. Такое машинное моделирование может обеспечить проверку в первом приближении функциональных возможностей и характеристик схемы при различных входных и выходных условиях до передачи конструкции на изготовление. Так как большинство моделирующих программ включают возможности оптимизации, схемы

могут быть отлажены, что значительно сокращает цикл конструирования.
Процесс построения модели эквивалентной электрической схемы предполагает наличие схемных моделей исходных элементов - пассивных и активных. Методы анализа структуры СВЧ схем разработаны достаточно давно и базируются на математическом аппарате, описанном в работах [5-7]. Эти методы реализованы в программном продукте Microwave Office [8], используемом в данной диссертации. Microwave Office (MWO) представляет собой интегрированный пакет программ, предназначенный для разработки устройств СВЧ. Набор программ включает модуль для линейного моделирования схем в частотной области, модуль для нелинейного моделирования схем со значительной нелинейностью методом гармонического баланса и слабо нелинейных схем методом рядов Вольтера, и модуль для трехмерного электромагнитного моделирования многослойных структур, а также разработанный модуль для проектирования печатных конструкций и топологии интегральных схем. Microwave Office обеспечивает высокую производительность и имеет удобный для практического применения интерфейс.
Существуют следующие способы построения моделей объектов или процессов: во-первых, с помощью ряда аналитических выражений, например, математическое описание принципа действия и основных параметров транзистора [9]; во-вторых, представление транзисторов в виде эквивалентных схем [10] и в-третьих — в виде четырехполюсника. Преимуществом структурной модели является высокая информативность: эквивалентная схема позволяет установить связь между ее элементами и характеристиками транзистора. Бесструктурная модель транзистора (представление в виде четырехполюсника) менее информативна. Однако бесструктурные модели более достоверны, поскольку их параметры (S,Y или Т) могут быть измерены [11] точнее в том частотном диапазоне, для которого они предназначены, чем параметры эквивалентной схемы.
Следует отметить, что численные значения, как волновых параметров

характеристик транзистора аппаратными и программными средствами компании National Instruments.
Измерительный стенд состоит из: персонального компьютера с
предустановленной операционной системой Windows ХР, подключенного к USB-порту DAQ-устройства N1 USB-6008, измеряемого объекта транзистора типа КП305Д в корпусе и контактной платы (рис.2.1) .
преобразователь (DAQ устройство)
II III I
Контактная плата
СВЧ адаптер Измеряемый СВЧ адаптер
питания объект питания
і і і і

Рис.2.1. Блок-схема измерений
Основные характеристики БАС! приведены в таблице 2.1. Управление стендом производится программно из среды ЬаЬУИі^ 7.1 с использованием аппаратного драйвера №-ОАС)тх 7.5.
Таблица 2.1. Основные характеристики ОАО
Количество каналов Диапазон Разрешение Частота
Аналоговые вводы 4DI или 8 SE -20...+20 В 12 бит 10000 отсчетов в секунду
Аналоговые выводы 2 0...+5 В 12 бит 150 Гц
Счетчик/таймер 1 TTL, CMOS 32 бита 5 МГц
Электрическая схема виртуального прибора для измерения вольт-амперных характеристик приведена на рис.2.2.