Оптоэлектронные и микроэлектронные принципы построения твердотельных генераторов сверхвысокочастотного диапазона

• Автор: Лопарев, Алексей Викторович
• Шифр специальности: 05.11.07, 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 160 с. : ил.

Введение
1. Анализ современного состояния научнометодического аппарата и обоснование оптимального направления исследований.
1.1. Современные принципы построения и тенденции развития твердотельных генераторов сигналов СВЧ диапазона

1.2. Оптоэлсктронньтй генератор сигналов СВЧ диапазона

1.2.1. Основные характеристики оптоэлектронного генератора и пути их улучшения

1.2.2. Современное состояние исследований и разработок оптоэлектронного генератора

1.3 Транзисторный генератор СВЧ диапазона на базе монолитной интегральной схемы

1.4. Выводы.

2. Моделирование оптоэлектронного генератора СВЧ колебаний

2.1. Аналитическая модель оптоэлектронного генератора.

2.1.1. Дифференциальное уравнение оптоэлсктронного генератора

2.1.2. Условие самовозбуждения оптоэлектронного генератора и переход к стационарному режиму генерации.
2.1.3. Оптоэлектронный генератор в качестве датчика оптикофизических параметров оптических волноводов.
2.2. Объектноориентированная модель оптоэлектронного генератора
2.2.1. Объектноориентированная модель оптоэлектронного генератора в САПР VI ii
2.2.2. Моделирование многоконтурных и инжекционно
синхронизированной схем оптоэлсктронного генератора.
2.3.2. Моделирование оптоэлектронного генератора в качестве прецизионного датчика оптикофизических параметров интегральных волноводов.
2.3. Выводы.
3. Моделирование и анализ транзисторного СВЧ генератора в монолитном исполнении
3.1. Моделирование однотактного СВЧ генератора на гетероструктурном полевом транзисторе с общим затвором
3.2. Моделирование балансного СВЧ генератора на гетероструктурном полевом транзисторе с общим истоком.
3.3. Сравнительный анализ параметров твердотельных СВЧ генераторов
3.4. Выводы
4. Экспериментальная верификация результатов теоретических исследований
4.1. Разработка макета перестраиваемого оптоэлектронного генератора СВЧ колебаний.
4.2. Исследование спектральных и шумовых характеристик разработанного макета оптоэлектрониого генератора.
4.3. Экспериментальное исследование датчика оптикофизических параметров волноводов на основе оптоэлектронного генератора.
4.4. Разработка и экспериментальное исследование макета монолитной интегральной схемы транзисторного СВЧ генератора
4.5. Выводы.
Заключение
Список литературы


СОЭ охватывает область исследования и разработки сверхбыстродействующих активных огггоэлектронных приборов и устройств с полосой пропускания в СВЧ диапазоне, а также активных СВЧ приборов и устройств с оптическим управлением. Среди основных направлений внедрения устройств СОЭ выделяют смешение сигналов в телекоммуникации ixi 8, управление диаграммами направленности фазированных антенных решеток 9, , фильтрация сигналов , . Широкое внедрение приборов СВЧОЭ обусловлено их преимуществами присущими волоконнооптическим линиям связи. Среди их основных преимуществ выделяют низкие потери сигнала в волоконнооптическом кабеле 0,2 дБкм, высокие пропускные способности канала связи, высокую защищенность передаваемой информации от несанкционированного доступа и невосприимчивость к электромагнитным наводкам. Основными тенденциями их развития являются увеличение пропускной способности канала связи, а также их объединение в единую систему связи . Одним из наиболее перспективных функциональных элементов СВЧОЭ является оптоэлектронный генератор ОЭГ, i i, ОБО . Основным преимуществом оптоэлектронного генератора по сравнению с современными СВЧ генераторами является сверхнизкий уровень шумов порядка 0 дБнГц при отстройке от несущей кГц и расширенный рабочий диапазон частот до 0 ГГц , что представляет собой принципиально новый подход к созданию прецизионных малошумящих источников радиосигналов . С и чувствительности к ускорению показали перспективность применения ОЭГ в системах бортовой аппаратуры авиационного, наземного и морского базирования. Другое важное достоинство ОЭГ состоит в возможности преодоления известного компромисса . МИС СВЧ генераторов, управляемых напряжением ГУН, заключающегося в выборе между широкой полосой перестройки и низкими частотными шумами, поскольку для расширения полосы перестройки МИС ГУН нужно уменьшать его внешнюю добротность, а для уменьшения уровня частотных шумов се необходимо увеличивать . В случае ОЭГ полоса перестройки частоты не зависит от внешней добротности и определяется минимальной полосами пропускания элементов его структурной схемы. Кроме того, верхний диапазон частоты генерации ОЭГ ограничен полосой пропускания оптоэлектронных компонентов, которая в настоящее время уже составляет сотни гигагерц , что, вследствие фундаментальных ограничений, трудно достижимо для современных интегральных СВЧ генераторов . К настоящему времени реализовано достаточно большое количество схем ОЭГ. Однако в них можно выделить следующие общие черты. Так, предложенные схемы ОЭГ принципиально состоят из двух модулей радиотехнического и оптического, между которыми введена петля обратной связи. Проведенный анализ публикаций показал, что в последние годы ОЭГ активно исследовался в основном для телекоммуникационных применений . Следует также отмстить, что исследования ОЭГ в своем подавляющем большинстве носили экспериментальный характер. Кроме того, з работе на основе единого волнового подхода разработана стационарная модель ОЭГ в приближении большого сигнала. С другой стороны, отсутствие полной модели функционирования ОЭГ значительно ограничивает его внедрение в систему телекоммуникации, радионавигации и метрологии. Поэтому целью данной работы являлась дальнейшее усовершенствование методов и процессов моделирования и разработки твердотельного СВЧ генератора с использованием как традиционного микроэлектронного, так и нового, оптоэлектронного подходов. Разработка и исследование аналитической модели ОЭГ для полного описания режима его функционирования. Разработка и исследование объектноориентированной модели ОЭГ для моделирования спектральных и шумовых характеристик различных структурных схем ОЭГ. Разработка и исследование принципиальной схемы и топологии монолитной интегральной схемы перестраиваемого СВЧ транзисторного генератора. Разработка экспериментальных макетов ОЭГ и монолитной интегральной схемы транзисторного СВЧ генератора для верификации результатов моделирования. Разработка принципов функционирования и схемы прецизионного датчика оптикофизических параметров волноводных сред на базе ОЭГ и проведение его моделирования и экспериментального исследования.