Улучшение спектральных характеристик генераторов СВЧ на биполярных транзисторах на основе компенсации фазового фликкер-шума

• Автор: Плутешко, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 107 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
В диссертации разработаны методы улучшения спектральных характеристик СВЧ устройств на биполярных транзисторов (БТ) на основе полной компенсации фазового шума (ФШ), вызванного фликкерными флуктуациями рекомбинационного тока БТ.
Представлен анализ устройств с использованием БТ: усилителя по схеме с общей базой (ОБ) и автогенератора (АГ), на возможность компенсации ФШ, вызванного фликкерными флуктуациями рекомбинационного тока. Получены соотношения, определяющие условия компенсации ФШ в усилителе ОБ и АГ на БТ.
Описан принцип работы системы слежения (СС) за настройкой устройств на БТ на минимум ФІТГ, вызванного фликкерными флумуациями рекомбинационного тока БТ.
Применение описанной в работе СС в устройствах на БТ даёт возможность реализации источников колебаний СВЧ с улучшенными спектральными характеристиками за счёт компенсации ФШ, вызванного фликкерными флуктуациями рекомбинационного тока БТ.

СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ ВВЕДЕНИЕ
1 ФАЗОВЫЙ ШУМ В ИСТОЧНИКАХ КОЛЕБАНИЙ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ, ВЫЗВАННЫЙ
ФЛИККЕРНЫМИ ФЛУКТУАЦИЯМИ
1.1 Общие соотношения
1.1.1 Описание фазового шума в усилителях и автогенераторах
1.1.2 Модель Лисона
1.1.3 Требования к величине фазового шума в источниках колебаний
1.2 Обзор публикаций по фликкер-шуму биполярного транзистора
1.2.1 Исследования фазового шума, вызванного фликкерными флуктуациями в биполярном транзисторе
1.2.2 Источники низкочастотного фликкер-шум в биполярном транзисторе
1.2.3 Анализ фазового шума, вызванного фликкерными флуктуациями в биполярном транзисторе, и его компенсация
1.3 Основные результаты
2 КОМПЕНСАЦИЯ ФАЗОВОГО ФЛИККЕР-ШУМА В УСТРОЙСТВАХ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ
2.1 Анализ систем с флуктуирующими параметрами
2.1.1 Аналитическое описание систем с флуктуирующими параметрами
2.1.2 Компьютерное моделирование систем с флуктуирующими параметрами
2.2 Компенсация фазового фликкер-шума в усилителе по схеме с общей базой
2.2.1 Компенсация фазового фликкер-шума в малосигнальном усилителе
2.2.2 Компенсация фазового фликкер-шума в усилителе большого сигнала
2.3 Компенсация фазового фликкер-шума в автогенераторе на
биполярном транзисторе
2.4 Основные результаты
3 СИСТЕМА СЛЕЖЕНИЯ ЗА НАСТРОЙКОЙ
НА МИНИМУМ ФАЗОВОГО ФЛИККЕР-ШУМА
3.1 Постановка задачи и обзор
3.2 Система слежения для усилителя
3.3 Система слежения для автогенератора
3.4 Узлы системы слежения
3.4.1 Перемножитель
3.4.2 Выделение фазового шума
3.4.3 Элемент управления
3.4.4 Малошумящие усилители
3.5 Основные результаты
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
4.1 Физическое моделирование компенсации фазового шума в
усилителе по схеме с общей базой
4.2 Основные результаты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Численные значения параметров моделей
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Электрические схемы в ADS 2008
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Результаты символьных вычислений
BwxMaxiraa
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Материалы по моделированию в Scilab
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Фотография макета усилителя ОБ
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Акт об использовании результатов работы

представимо в виде

ф(0 = ^(фіСО), . (2.8)

Ему соответствует преобразование Фурье
оо оо
Ф(со) = Г[ф(0] = ^ Г [(ФКО),] = £ ф£(о>) , (2.9)
(=0 1=
где Ф£(оо) = ^[(фі(0)1].
Отдельные члены ряда (2.9) имеют вид Ф0(ы) = К 0'со)Е0'ю),
(2.10)

Ф£(ю) = -КЦш) акМк(со) * (0'ю)кФі-і(оо)) + Мп(оо) * (0'ю)пФг-1(а)))

где КЦш) = Т[(_еы)1п] - комплексный коэффициент передачи, Е(/оо) =
Я/(01> Мг(ю) = Е[т,(0].
Пусть далее, воздействие на систему /(і) имеет вид /(£) =Всо5(шГС). Тогда:
В , .
Ф0(оо) = - о)г) + б(о) + юг)) =
В . л
= -(К(/сог)5(оо - юг) + К(~]о)г)5(ю + юг)) ^ и а)

Ф1(оо) = — КЦш) — [#(/сог)Т(со — юг) + АГ(—; (ог)Т(со + оог) +
+;(Аг(/'шг)2(оо - оог) - Л’(-уоог)7(о) + оог))]- (2.11 б)
где Т(оо) = {а0М0(ш) - а2ь^М2(<й) + а4оОгМ4(оо) },
= {а^ЮгМ^со) — а3(ОгМ3((о) + а5ш^М5(ш)------------}.
Если Мі (со) достаточно малы, то без значительной потери точности можно ограничиться двумя первыми членами ряда Ф0(оо) и Ф1(оо):
Ф(о)) » Ф0 (со) + фг (сл). (2.12)
Из (2.11 а) имеем
(ф0(0)1 = ^-ЧФоСсо)] = КВ соь(<цгС + 9), (2.13а)