Введение к работе
Актуальность теш.
В настоящее время, практическая работа входных усилительных устройств средств спутниковой связи и телевидения ССТВ ( в частности СВЧ конверторов ) происходит в условиях одновременного приема в преобразования многих сигналов, т.е. в сложных условиях электромагнитной обстановки. Кроме зтого в реальных условиях работы данных систем приходится сталкиваться с особенностями, связанными с влиянием, большого числа дестабилизирующих факторов (ДО), связанных как с воздействием помех, так и радиационных излучений (а,7) - видов и влиянием температуры, на характеристики этих устройств.
Проведение исследований, по предложенной проблематике, сдерживается отсутствием пакетов прикладных программ, как отечественных так и зарубежных, дозволяннях в полной мере производить анализ нелинейных режимов СВЧ - усилительных устройств с отмеченными особенностями.
Качество получаемых результатов исследования во многом определяется степенью совершенства моделей активных элементов разного уровня ( физических, математических ) и устройств на их основе. Учет большого числа факторов, необходимых при построении моделей полупроводниковых субмикронных СВЧ приборов и устройств на их основе, неизбежно приводит к увеличение размерности задачи, феномену сверхжесткости их систем алгебро-дифференциальных уравнений, увеличению вычислительной погрешности и требуемого объема оперативной памяти.
В связи с. изложенным, тематика. исследований в диссертационной работе, направленная на исследование нелинейных режимов усилительных СВЧ - устройств на GaAs ПТШ при воздействии дестабилизирующих факторов различной физической природы, представляется актуальной и практически значимой при проектировании входных СВЧ - устройств ССТВ.
Цель работы.
Целью работы является: разработка и исследование методов, моделей и алгоритмов для численного анализа нелинейных многочастотных режимов усилительных устройств на ЯШ, с учетом влияния дестабилизирующих факторов различной физической природа, таких, как радиационные излучения (а, 7)-видов, температура.
В соответствии с поставленной целью в . диссертации решаются следующие задачи:
1. вйзико - топологическое моделирование ПТШ с учетом динамики нестационарного дрейфа носителей и короткоканальнюс
л.
эффектов: влияния подложки, "всплеска" дрейфовой скорости, диффузии горячих электронов.
-
Моделирования полевого транзистора с барьером Шоттки с каналом и подложкой из GaAs в виде статических и малосигнадьных схемных параметров по квазидвумерной модели.
-
Создания методики анализа нелинейных режимов СВЧ -усилителей на полевом транзисторе с НП.
-
Идентификации паразитных параметров схемной модели ПГПГ при помощи процедуры параметрической оптимизации.
-
Моделирования радиационных эффектов в GaAs ЮТ, проводимое в рамках разработанных квазидвумерной, радиационной, высокочастотной сигнальной в шумовой моделей ЮТ.
-
Проведения температурного анализа сигнальных к шумовых СВЧ характеристик ПНИ.
-
Разработки алгоритмов анализа сложных динамических режимов, в их числе разработка алгоритмов спектрального оценивания, адаптированных к многочастотным нелинейным режимам.
-
Анализа типовых характеристик электромагнитной совместимости ОМС) приемных систем СВЧ ССТВ.
Методи исследования.
Использовались методы вычислительной математики, теории дифференциальных уравнений, функционального анализа, специальных функций, матричной алгебры, теории линейного предсказания. Проводились машинные в натурные эксперименты.
Научная новизна.
Основные научные результаты диссертационной работы могут быть кратко сформулированы следующим образом:
-
Разработана физико-топологическая модель субмикронного ПТШ в квазидвумерном приближении, содержащая уравнения для описания процессов в канале и подложке, в возволятая провести анализ характеристик ГОШ с учетом суомнкрояных эффектов при приемлемой точности и вычислительных затратах.
-
Разработана методика анализа нелинейных режимов СВЧ -усилителей на GaAs ПТШ» с учетом специфичных на СВЧ паразитных параметров схемной модели, требующая меньшего объема измерений высокочастотных параметров за счет построения корректных вычислительных процедур аппроксимаций схемных параметров и статических характеристик.
-
Предложены алгоритмы физико - топологического моделирования радиационных эффектов при воздействии (а, 7>-ионизирующиг излучений на GaAs транзисторную структуру, позволявшие при совместном использовании радиационной и
.5.
квазидвумерной моделей получать оценки влияния данных аффектов на выходные высокочастотные характеристики устройств ССТВ.
-
Разработаны вычислительные схемы алгоритма спектрального оценивания по минимуму, дисперсии (ЫД- оценивания) в техническом приложении к системам связи (многочастотность информационного потока и т.д.), позволяющие устранить потерю точности аффектов, связанных с прохождением через усилительное устройство слабых сигналов на фоне интенсивных помех.
-
Разработана математическая модель усилителя СВЧ во временной области в режиме большого сигнала, позволяющая исследовать выходные характеристики мощных каскадов ССТВ.
-
Исследовано влияние внутренних и внешних ДФ на характеристики СВЧ - усилителей входных устройств ССТВ. На этой основе даны рекомендация по снижению нежелательных аффектов, возникающих при воздействии ДФ различной физической природы.
Ва аодшв/ выносятся следующие основные положения:
-
Результаты квазидвумерного физико - топологического моделирования субмикронного GaAe ПТШ, включая малосигнальные схемные параметры, результаты температурного анализа статических и схемных параметров ПТШ, усилительных и шумовых характеристик однокаскадного СВЧ - усилителя на его основе.
-
Методика и результаты моделирования нелинейных режимов СВЧ - усилителей мощности на ПТШ, работающих в существенно нелинейных многочастотных режимах, позволяющая свести к минимуму несоответствие между параметрами реальных приборов и их моделей.
-
Способ и результаты совместного анализа физико топологической и радиационной моделей с учетом влияния (а, ?)-видов ионизирующего излучения на характеристики GaAs ПТШ.
-
Модифицированный алгоритм спектрального оценивания, позволяющий добиться высокого частотного 'разрешения и достоверных оценок спектральной плотности мощности (СПМ), и в результате повысить точность анализа сложных динамических
- режимов нелинейной системы (НС), основанный на идентификации спектральных составляющих по их СПМ.
-
Алгоритм использования функций спектральных окон для управления нежелательными эффектами, приводящих к потере точности результатов при - численном переходе в частотную область, адаптированный к анализу нелинейных процессов в приемных устройствах ССТВ.
-
Результаты теоретических и экспериментальных
- є.
исследований нелинейных эффектов, а также влияния Ш на характеристики входных устройств СВЧ средств спутниковой связи.
Т. Алгоритмы и результаты анализа характеристик электромагнитной совместимости приемных систем ССТВ СВЧ и KB? диапазонов.
Дроитлческая ценность
Практическая ценность работа состоит:
-
В получения результатов моделирования субмикронного полевого транзистора с барьером Шоттки с каналом и подложкой из GaAs в виде статических в малосигнальных схемных параметров, что позволяет сократить количество высокочастотных измерений при проектировании.
-
В создании моделей, учнтывакщих влияние дестабилизирующих факторов, которые в ряде случаев необходимо учитывать в реальных условиях работы усилительных устройств СВЧ систем СТВ, результаты анализа которых позволяют, установить допуски в области работоспособности отдельных узлов и устройств в целом.
-
В создании методики анализа нелинейных режимов СВЧ -усилителей на ПТШ, позволяющей сократить время проектирования устройств на их основе.
-
В разработке алгоритмов получения оценок спектральной плотности мощности, адаптированного к анализу сложных динамических режимов.
-
В программной реализации алгоритмов расчета и моделирования работы усилительных устройств СВЧ, позволяющей за счет автоматизации этапа проектирования, повысить достоверность оценивания и учесть влияния реальных электромагнитных излучений и дестабилизирующих факторов на работу ССТВ.
Реализация результатов работ
Результаты работы использованы в НИР проводимых по заказу различных организаций Украины, а также в НИР по созданию ССТВ Вьетнама.
Апробация работы
Основные результаты проведенных исследований и разработок докладывались и обсуждались на конференциях: International Slmposium "Physics and Engineering ol Millimeter and Submlllimeter Wavea", Kharkovv Ukraine, 1994г.; "Проблемы автоматизированного проектирования в электронике", Киев, 1994г.; "Актуальные проблемы электронного приборостроения 4ГОП-94". Новосибирск. 1994Г.
-Т.
Пцблияаищ Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 5 печатных работах.
Сщитгра и объел робота
Диссертационная работа состоит из введения, четырех специальных глав и содержит 145 стр. основного содержания, 49 рисунков, список литературы из 117 наименований на 14 страницах.
