Введение к работе
- Актуальность проблеми. Вопросы управления характеристика
ми СВЧ сигналon являются актуальными при разработке систем свя
зи, локации, измерительных прибо]х>в, медицинской аппаратуры, а
также устройств для исследования окружающей среды и познания за
конов развития природы.
Проектирование устройств управления (УУ) на основе твердотельных элементов позволяет на только улучшить их электрические параметры, а и снизить весогабаритные характеристики этих устройств, в значительной степени уменьшить величину потребляемой мощности. Малые размеры полупроводниковых элементов и удобство их совмещения с микрополосковнми линиями создали чрезвычайно благоприятные условия для разработки управляющих устройств в гибридно-интегральном исполнении. Эти факторы способствуют основной тенденция развития техники СВЧ-комплексной микроминиатюризации СВЧ аппаратуры.
Проектирование технических, в том числе микроэлектронных объектов8осуществляется на основе процедур синтеза я анализа. В большинстве случаев для описания устройств используются методы анализа, позволяющие построить математическую модель, являющуюся совокупностью математических объектов и связей мввду ними, отражающих важнейшие свойства технического объекта. Математическое моделирование имеет особое значение при разработке микроэлектронных устройств, поскольку экспериментальная отработка отдельных элементов устройства затруднена, а подстройка и дополнительная регулировка часто невозможны. Поэтому вопросы моделирования устройств и их элементов являются актуальными, а разра-. ботанные модели - перспективными при разработке УУ, обладающих конструктивной новизной, а также использующих новые способы управления СВЧ характеристиками.
Изучению влияния большого сигнала на устройства приємно-передающих систем СВЧ диапазока посвящены работы многих отечественных и зарубежных специалистов. Особое кйсто отведено исследованию работы усилительных уотро.Істіз, тогда как вопросы воздействия значительных уровней мощности на УУ остаются нялостя-точно изучрчяьмп. Проектирование УУ для работы в диапезоне бо-'лылях уочп'остея в нпсгоячее время производится на основе асго-льзонпнля кллозкгиалтнх параметров, а так*е эилрря'ескпх дчп-
них, полученных при экспериментальном исследовании этого вопроса. Поэтому изучение механизма воздействия большого сигнала на полевой транзистор с барьером Шоттки (ПТШ)в различных режимах работы является необходимым для их правильного моделирования, а также построения новчх УУ, работающих в широком диапазоне входных мощностей.
Целью настоящей работы было создание гибридно-интегральных устройств управления коэффициентом передачи СВЧ диапазона, удовлетворяющих требованиямі предъявляемым к современной радиоаппаратуре, а также исследование работы этих устройств в режиме большого сигнала.
В соответствии с поставленной целью исследования проводились в следующих направлениях:
экспериментальное исследование воздействия мощного сигнала на ПТШ при различных уровнях управляющих напряжений;
разработка структурной математической модели ПТШ в режиме большого сигнала для использования при проектировании УУ",
разработка структурных моделей устройств управления комплексным коэффициентом передачи;
проектирование и практическая реализация УУ, использующих эффект воздействия сигнала повышенного уровня мощности",
исследование работы УУ на ПТШ в режиме большого сигнала и измерение их электрических характеристик.
Научная новизна. Разработана новая структурная математическая модель ПТШ в пассивном и квазиактивном режиме работы, учитывающая конечное сопротивление области обеднения подзатвор-ного слоя транзистора. Измерены величины резистивных элементов ПТШ типа ЗП325А-2, а также их эквивалентные комплексные сопротивления, результаты статистической обработки которых сравнимы с данными, полученными путем расчета по предложенной модели.
Разработана новая численная модель' ПТШ, подтверждающая экспериментально обнаруженный эффект воздействия большого сигнала на ГОНІ в различных режимах включения и функционирования.
Получены аналитические выражения, определяющие основные СВЧ характеристики управляющих устройств параллельного типа на ПТШ в пассивном режиме работы.
Получены матрицы рассеяния песгнадцатл- п четырнадцатяпо-лчзеНиксв, состоящих из восьми- и шостиполюсникор, соолинетг'Х по суеме.четнрехкечального деления/су? строчачий сигнала.
Установлен механизм воздействия большого сигнала на ПТШ в пассивном режиме, дополняющий известные модели транзисторов в активном режиме работы.
Разработаны устройства управления коэффициентом передачи СВЧ диапазона, удовлетворяющие требованиям совмещения нескольких функций в одном устройстве на основе использования механизма воздействия большого сигнала на ПТШ.
Представлены устройства регулирования коэффициентом передачи с использованием внешнего источника управляющего сигнала.
Проведены измерения характеристик разработанных управляющих устройств при уровнях мощности, превышающих малосигнальный режим работы ПТШ.
Определены режимы работы управляющих устройств, при которых отсутствует зависимость коэффициента передачи от уровня мощности входного сигнала.
По результатам разработок получены три авторских свидетельства и одно положительное решение по заявке на изобретение.
Практическая ценность работы. На основе разработанной математической модели ПТШ в пассивном и квазиактивном режимах функционирования создана программа расчета основных параметров транзистора, необходимых для использования при проектировании устройств управления коэффициентом передачи СВЧ диапазона.
По результатам разработки структурных моделей устройств управления параллельного типа на сосредоточенных и распределенных элементах составлена программа расчета Широкополосных УУ на ПТШ в пассивном режима работы.
На базе полученных структур матриц рассеяния входной и выходной цепи устройств независимого управления модулем и фазой коэффициента передачи упрощена процедура расчета комплексных аттенюаторов, построенных по четырехканальной схеме деления/ суммирования сигнала.
Исследованный механизм воздействия мощного сигнала на ПТШ использован для проектирования саморегулирующихся устройств управления СВЧ диапазона (А.с.1497664, а.с.1679610, а.с.153Э964 ) .
Разработаны устройства управления с совмещением функций избирательности и регулирования параметров СВЧ сигналов заявка .'5 4738388/09, положит.решен, от 26.03=.91, а.с. 1539SS4 ) .
На защиту выносятся: - математическая модель Ш'Ш я пассивном и квазиачтивчсм рети/лх работы',
4 .
результаты измерений эквивалентного комплексного сопротивления, а также резистивных алиментов эквивалентной схемы .ТГШ типа ЗП325А-2 в пассивном режиме работы;
численная модель ПТ1Н в режиме большого сигнала для использования в устройствах управления коэффициентом передачи',
аналитические модели широкополосных управляющих устройств параллельного типа на сосредоточенных и распределенных элементах;
структура матриц рассеяния шестнадцати- и четырнадцатИйолкс-ников, образующих входную и выходную схемы деления/суммирования мощности сигнала в четырехканальном устройстве с независимым управлением модулем и фазой коэффициента передачи",
механизм воздействия большого сигнала на ПТШ в пассивном ре-
. жиме работы в устройствах управления ПВЧ диапазона длин волн;
- результаты разработки и исследования устройств управления ко-
.аффициентом передачи, спроектированных на основе использова
ния эффекта влияния повшенного уровня мощности.
Внедрение результатов работу. Теоретические и практические результаты, полученные в диссертации, использованы в раде НИР и ОКР. Условный экономический эффект от внедрения полученных результатов составляет свыше 740 тыс.руб. Результаты внедрения и размеры экономэффекта отражены в соответствующих документах.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на 7J военной научно-технической конференции (г.Киев, 1984 5 , научно-технических семинарах НИИ "Сатурн", Киевского НИИ микроэлектронной техники и материалов, кафедры криогенной и микроэлектроники Киевского госугошерситета иМіТ.Г.Юевчен-ко, ИМ "Волна" (г.Саратов) .
Публикации. По темо диссертации опубликовано 11 научных, работ, в том .числа 3 авторских свидетельства и одно положительное решение по заявке на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, методической, теоретической, экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 200 страницах машинописного текста, содержит 66 рисунков и 3 таблицы." Список литературы включает 117 наименований.
Порядок и содержание глав работе соответствует автореферату.