Исследование и создание гибридно-монолитных СВЧ - генераторов и преобразователей частоты на универсальных активных GaAs МИС в диапазоне частот 1...18 ГГЦ

• Автор: Богданов, Юрий Михайлович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Фрязино
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Содержание
Введение.
Глава 1. Разработка моделей активных и пассивных элементов для гибридно монолитных интегральных схем ГМИС СВЧ.IО

1.1. Введение.

1.2. Модели полевых транзисторов с барьером Шотки.

1.3. Моделирование пассивных элементов

1.4. Выводы.

Глава 2. Разработка и проектирование генераторов СВЧ

2.1. Введение.

2.2. Типы твердотельных генераторов.

2.3. Особенности создания генераторов СВЧ.

2.4. Методика расчета генераторов на ПТШ во временной области
2.5. Проектирование автогенератора на ПТШ стабилизированного
диэлектрическим резонатором.
2.6. Генератор на ПТШ с низкими фазовыми шумами.
2.7. Генераторы управляемые напряжением и 4х полюсники с отрицательным
дифференциальным входным сопротивлением.
2.8. Выводы
Глава 3. Умножители и делители частоты на ПТШ
3.1. Введение
3.2. Выбор схемы аналогового делителя частоты
3.3. Конструктивно технологические особенности ГМИС АДЧ.
3.4. Экспериментальные результаты
3.5. Проектирование и разработка умножителей частоты.
3.6. Экспериментальные результаты
3.7. Выводы
Глава 4. Балансные преобразователи частоты и смесители на ПТШ на основе МИС АБПЧ.
4.1. Введение
4.2. Выбор и обоснование схемы преобразователя и смесителя.
4.3. Конструктивнотехнологические особенности ГМИС преобразователей
частоты и смесителей.
4.4. Экспериментальные результаты
4.5. Выводы
Заключение.
Литература


Гибридные интегральные схемы (ГИС) СВЧ изготавливаются на диэлектрической подложке (поликор, сапфир), расположенной, как правило, на металлическом основании, и включают в себя корпусные АЭ и ПЭ, которые могут быть навесными или пленочными. Миниатюрные ГИС СВЧ отличаются от ГИС СВЧ тем, что в них используются бескорпусные АЭ и миниатюрные навесные ПЭ, соединенные между собой и с пленочными ПЭ проволочками. Кардинальный сдвиг в сторону создания монолитных приборов как в плане миниатюризации, так и в плане упрощения технологии и повышения воспроизводимости характеристик приборов связан с созданием схем, получивших название гибридно-монолитных интегральных схем (ГМИС) СВЧ и являющихся, по - существу, переходным этапом между ГИС и монолитными интегральными схемами (МИС). В ГМИС СВЧ все пассивные элементы миниатюризированы, изготовлены по единой тонкопленочной технологии на изолирующей подложке из сапфира и поликора или высокоомного СаАБ. В ГМИС СВЧ используются преимущественно бескорпусные АЭ с балочными выводами. Общий земляной «контакт» выведен на верхнюю поверхность и напыляется вместе с остальными ПЭ. Это значительно упрощает создание блокировочных конденсаторов и короткозамкнутых контактов, сокращая размеры прибора и уменьшая паразитные параметры [2-3]. ГМИС СВЧ разделяются на мозаичные и совмещенные. В совмещенных ГМИС вся пассивная часть прибора выполнена по тонкопленочной технологии на одной высокоомной подложке, а АЭ являются по отношению к ней навесными. В МИС СВЧ активные и пассивные элементы выполняются в едином технологическом цикле на одном кристалле. Монокристаллическая пластина из ваАЗ толщиной 0. Хотя МИС СВЧ обладают очевидными преимуществами по сравнению с ГМИС - меньшие габариты и масса, меньшая трудоемкость изготовления и настройки (отсутствуют навесные АЭ), у ГМИС есть и свои несомненные достоинства: меньшая стоимость материала, если используется сапфир вместо ОаАэ; возможность реализации предельных параметров от каждого устройства; возможность подбора и замены АЭ, которая в МИС СВЧ полностью отсутствует; возможность подстройки пассивной цепи и др. Эти достоинства делают ГМИС ценными не только как переходный этап к МИС, но и как самостоятельный класс интегральных приборов. В настоящей главе описаны предложенные автором методы расчета параметров моделей активных элементов (полевых транзисторов с барьером Шотки) и пассивных элементов, преимущественно планарных, широко используемых при построении гибридно - монолитных схем и устройств СВЧ. Б превышает уровень НЧ - шума в биполярных транзисторах. Из-за нелинейного характера электронных процессов в транзисторе НЧ - флуктуации, смешиваясь с полезным СВЧ - сигналом, преобразуются в СВЧ - диапазон, существенно увеличивая спектральную плотность мощности фазового шума в автогенераторах, усилителях, преобразователях частоты и других устройствах на ПТШ. Существуют три основных способа улучшения шумовых характеристик СВЧ - устройств на ПТШ: оптимизация электронной схемы и конструкции этих устройств; снижение интенсивности первичных источников флуктуации в ПТШ; оптимизация структуры ПТШ. В настоящем разделе рассматривается один из возможных вариантов реализации последнего способа — оптимизация рабочего слоя ПТШ, минимизирующая влияние первичных флуктуаций на модуляционный шум автогенераторов на этих транзисторах [-]. Теоретические и экспериментальные исследования низкочастотных шумов [-] свидетельствуют о том, что основным фактором, вызывающим модуляции частоты или фазы в СВЧ - устройствах на ПТШ, являются флуктуации входной емкости транзистора Сиз. Объясняется это тем, что величина Сиз является основным реактивным параметром эквивалентной схемы ПТШ, так что ее изменение в наибольшей степени влияет на модуляцию частоты (фазы) построенных на ПТШ СВЧ - устройств, а также тем, что величина коэффициента преобразования НЧ - флуктуаций в диапазон СВЧ К определяется преимущественно нелинейностью Сиз, т. Согласно [], в рабочем режиме спектральную плотность мощности флуктуации частоты генератора на ПТШ на расстоянии по частоте у от несущей частоты и можно с погрешностью менее % представить в виде: Ъ<»{{о±у) = Що,у)$М, (1.