Построение моделей гетероструктурных полевых транзисторов и автоматизированное проектирование монолитных СВЧ усилителей мощности на основе большесигнальных параметров рассеяния и нагрузочных диаграмм

• Автор: Коколов, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 263 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

1 Способы описания нелинейных свойств СВЧ транзисторов

и методы проектирования СВЧ УМ

1.1 Обзор способов описания нелинейных свойств СВЧ транзисторов

1.1.1 Классификация нелинейных моделей

1.1.2 Линейные и нелинейные эквивалентные схемы СВЧ полевых транзисторов

1.1.3 Общий подход к экстракции нелинейных моделей СВЧ НЕМТ-транзисторов

1.1.4 Поведенческие модели мощных СВЧ транзисторов

1.2 Методы построения и проектирования СВЧ УМ

1.2.1 Общие принципы построения и проектирования СВЧ УМ
1.2.2 Декомпозиционный подход и «визуальная» методика проектирования СВЧ
транзисторных усилителей
1.3 Выводы и основные задачи исследования
2 Построение линейных и нелинейных моделей СВЧ полевых НЕМТ-транзисторов
2.1 Методика экстракции параметров малосигнальной модели для СВЧ НЕМТ-транзисторов с учетом нелинейного характера сопротивления стока
2.1.1 Описание методики экстракции малосигнальной модели
2.1.2 Пример: построение и верификация малосигнальной модели
для 0.15 мкм ОаЫ НЕМТ транзистора
2.2 Методика построения нелинейной модели ЕЕНЕМТ
для СВЧ НЕМТ-транзисторов
2.2.1 Описание методики экстракции нелинейной модели ЕЕНЕМТ
2.2.2 Пример: построение и верификация нелинейной модели ЕЕНЕМТ
для 0.15 мкм ваИ НЕМТ транзистора
2.3 Основные результаты исследований
3 Проектирование мощных СВЧ усилительных каскадов
на основе декомпозиционного подхода и БСПР
3.1 Исследование большесигнальных Б-параметров НЕМТ транзисторов
3.1.1 Сравнение методов расчета БСПР
3.1.2 Исследование зависимостей БСПР НЕМТ транзисторов от условий работы
3.1.3 Области адекватности БСПР, рассчитанные для заданных нагрузок АЭ
3.2 Моделирование большесигнальных характеристик мощных СВЧ усилительных
каскадов на основе БСПР
3.2.1 Аналитический расчет большесигнальных характеристик мощных усилительных каскадов на основе БСПР
3.2.2 Оценка точности аналитического расчета большесигнальных характеристик мощных усилительных каскадов на основе БСПР
3.3 Проектирование мощных СВЧ усилительных каскадов на основе «визуального» подхода и БСПР
3.3.1 Методика проектирования мощных СВЧ усилительных каскадов
на основе «визуального» подхода и БСПР
3.3.2 Пример: проектирование однокаскадного монолитного
СВЧ УМ диапазона 37-40 ГГц на основе GaAs рНЕМТ технологии
3.4 Основные результаты исследований
4 Построение моделей СВЧ транзисторов, проектирование и эксперментальное исследование монолитных СВЧ УМ на основе гетероструктурных
GaAs и GaN НЕМТ технологий
4.1 Разработка программного обеспечения для экстракции малосигнальной
модели полевых СВЧ транзисторов
4.2 Построение линейных и нелинейных моделей гетероструктурных
полевых СВЧ транзисторов
4.2.1 Построение малосигнальных моделей для гетероструктурных
полевых СВЧ транзисторов
4.2.2 Построение нелинейной модели ЕЕНЕМТ для гетероструктурных
СВЧ полевых транзисторов
4.3 Проектирование и экспериментальное исследование монолитных усилителей
4.3.1 Двухкаскадный УМ на основе GaAs рНЕМТ технологии диапазона
37-40 ГГц со сложением мощности четырех транзисторов
4.3.2 Проектирование двухкаскадного УМ диапазона 30-33 ГГц
на основе отечественной GaN НЕМТ технологии
4.3.3 Однокаскадный копланарный усилитель диапазона частот 34-38 ГГц
на основе GaAs шНЕМТ технологии
4.3.4 Двухкаскадный копланарный усилитель диапазона частот 34-37.5 ГГц
на основе GaAs шНЕМТ технологии
4.3.5 Двухкаскадный линейный СВЧ усилитель Ка-диапазона
на основе 0.15 мкм GaAs рНЕМТ технологии
4.4 Основные результаты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список использованной литературы
Приложение А - Линейные и нелинейные модели СВЧ полевых транзисторов
Приложение Б - Список параметров нелинейной модели ЕЕНЕМТ

Приложение В - Уравнения нелинейной модели ЕЕНЕМТ
Приложение Г - Линеаризация нелинейных цепей
Приложение Д - Табличные значения БСПР ваАя рНЕМТ транзистора
Приложение Е - Акты внедрения

Таким образом, в ряде существующих методик оптимизационных процедур для экстракции нелинейных моделей MESFET и НЕМТ транзисторов зачастую не обеспечиваются удовлетворительные результаты. Автоматизированные процедуры и программные модули для экстракции параметров моделей СВЧ транзисторов не встроены в существующие коммерческие САПР для моделирования СВЧ устройств (MWO, ADS и др.). На сегодняшний момент отсутствуют полностью описанные формализованные аналитические или гибридные методики, которые позволяют надежно и с хорошей точностью выполнить экстракцию нелинейных моделей НЕМТ транзисторов, изготовленных по различным современным технологиям.
1.1.3 Общий подход к экстракции нелинейных моделей СВЧ НЕМТ-
Как уже отмечалось, проблема моделирования СВЧ НЕМТ транзисторов имеет ряд особенностей, связанных с необходимостью учета явлений саморазогрева, ловушек, электрического пробоя и т.д. Из ранее изложенного следует, что хотя задача построения нелинейных моделей НЕМТ транзисторов поставлена уже давно, процесс экстракции их параметров пока еще до конца не формализован. На данный момент существует лишь общая концепция, которая содержит определенную последовательность процедур по построению нелинейной модели НЕМТ транзисторов [84, 85, 86] (рис. 1.8).
элементы: Паразитные Rt
элементы: Cds
транзисторов
QgdiVgs, v*) QviVg» v*)

■„ L (vp, vЛ. т)) —► U (Vv, vт, w

R*
Рисунок 1.8 - Общий подход к экстракции нелинейных моделей