Моделирование, синтез и реализация мощных широкополосных СВЧ транзисторных усилителей в существенно нелинейном режиме

• Автор: Евстигнеев, Алексей Андреевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Содержание
Введение.

Научная новизна.

Положения и выводы, выносимые на защиту.

Глава 1. Обзор литературы и формулирование модели транзистора

1.1 Обзор современных методов моделирования применительно к мощным биполярным СВЧ транзисторам, работающим в нелинейном режиме.

1.2 Базовая модель транзистора

1.3 Макетирование динамического пробоя коллекторного перехода.

1.4 Эквивалентная схема модели транзистора

1.5 Возможности определения параметров модели.

Выводы.
Глава 2. Алгоритмы модельного анализа транзисторного усилительного
каскада с использованием сложных согласующих цепей.
Выводы.
Глава 3. Синтез широкополосных согласующих цепей нелинейного транзисторного каскада.
3.1 Использование базовой модели при рассогласовании нагрузки.
3.2 Синтез выходной цепи на базе ОДН
3.3 Синтез выходной цепи с использованием параметрической оптимизации
3.4 Общая задача синтеза выходной цепи нелинейного каскада
3.5 Примеры последовательного усложнения задачи синтеза.
3.6 Синтез и практическая реализация мощных СВЧ каскадов с
рабочей полосой частот 11. ГГц.
Выводы
Глава 4. Примеры реализации мощных широкополосных усилителей в
радиолокационной аппаратуре
4.1 Передатчик бортового ответчика .
4.2 Передатчик бортового ответчика перспективных самолетов
4.3 Опорный передатчик бортового запросчика
4.4 4х канальный усилитель, реализующий мощные каскады на транзисторах 2ТЛ.
4.5 Блок передатчика, реализующий мощные широкополосные
каскады на перспективных транзисторах типа А7А.
Выводы
Заключение.
Литература


Синтез максимально широкополосных выходных цепей возможен с использованием «области допустимых нагрузок», получаемой из модельного анализа, которая позволяет сформировать целевую функцию для поиска параметров согласующей цепи. Мощный биполярный СВЧ транзистор при оптимальном проектировании согласующих цепей может обеспечивать широкую полосу пропускания, достигающую половины октавы. Эффект лавинного умножения в коллекторном переходе наиболее ярко проявляется в виде искажения заднего фронта импульса коллекторного тока, когда напряжение на переходе еще не достигает пикового значения. Этот эффект приводит не столько к падению выходной мощности, а - к падению коэффициента полезного действия. Модельный анализ после завершения синтеза согласующих цепей позволяет исследовать широкий комплекс эксплуатационных характеристик усилителя, включая фазовые характеристики, фронты радиоимпульсов, температурные зависимости параметров, реакцию на колебания уровней питания, возбуждения. Гпава 1. Обзор литературы и формулирование модели транзистора. Моделирование транзисторного усилительного каскада стало объектом исследований сразу после появления первых транзисторов способных работать в передающем тракте радиотехнических устройств еще в радиочастотном диапазоне. Для начала это были уровни мощности в несколько Ватт на частотах порядка 0 МГц. Среди первых отечественных работ можно назвать [1]. В этой работе уже была использована зарядная модель транзистора и учитывалась нелинейность входной характеристики, так что моделированию поддавался нелинейный режим с отсечкой коллекторного тока. Следующий шаг в том же направлении был сделан в работах [2][3]. С позиции настоящей работы важным этапом развития моделирования является работа [4], где была сделана попытка учесть наряду с эффектом отсечки коллекторного тока также эффект токовой нелинейности. Развитие этой идеи было дано в работах [5-8]. Оценивая результаты моделирования в перечисленных работах, следует отметить, что в них были сделаны лишь частичные попытки учесть эффект квазинасыщения при постановке усилительного каскада в «перенапряженный» режим. Авторы понимали эту ситуацию, сознательно раничивая анализ «критическим» режимом работы. В этих условиях задача оценки потенциальных энергетических возможностей транзистора при работе в схеме генератора с независимым возбуждением оказывалась решаемой. Расхождение с экспериментом оказывалось в пределах %, что не так уж плохо даже и по сегодняшним критериям. В работах [9][ ] сделаны попытки расчета широкополосных цепей, однако они опираются на возможности сведения проблемы к квазилинейным представлениям, что, на наш взгляд, некорректно. Оглядываясь на отечественную электронику ых годов, следует отметить одну ее особенность, которая расходится с господствующими тенденциями в зарубежной электронике. Тк = ГбСк и др. В обоснование такого утверждения можно сослаться на отраслевые стандарты [] []. За рубежом реклама и сопроводительная документация на транзисторы такого класса целиком опираются (и тогда и теперь) на эксплуатационные параметры в тестовом усилительном каскаде. Следует отметить, что во ФГУП НПП ПУЛЬСАР был создан комплекс измерительной аппаратуры, значительная часть которого функционирует по сей день. Автор настоящей работы использовал возможности сохранившейся аппаратуры для получения ряда исходных данных модели конкретных транзисторов. В упомянутых работах, выполненных в основном сотрудниками ФГУП НПП ПУЛЬСАР, был использован алгоритм анализа во временной области, что расходилось с господствующей до самого последнего времени тенденцией использования метода гармонического баланса. Такой метод оказался действительно весьма эффективным при анализе нелинейных искажений, возникающих в квазилинейном усилительном каскаде. На фоне продолжающегося бурного развития телекоммуникационной техники именно квазилинейные усилители вызывают наибольший интерес разработчиков и исследователей. Автор настоящей работы в самом начале своей инженерной и научной деятельности также оказался вовлечен в подобную проблему.